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近几十年来，卫星精密轨道确定作为卫星导航系统的核心关键技术，一直都是大地测量与导航等领域重点研究的课题。除了导航系统自身的更新换代外，GNSS高精度用户也对卫星轨道的精度和时效等性能提出了更高要求。我国北斗全球卫星导航系统(BDS3)在2018年底正式开始向包括“一带一路”沿线国家和地区在内的全球用户提供服务，BDS3的建设和发展也迫切需要研制高精度和高稳定性的BDS卫星精密轨道确定技术与软件平台。同时，超快速轨道作为计算实时精密轨道的基础产品，对超快速轨道精密确定进行深入研究具有重要的现实意义和应用潜力。
目前，缺少BDS、GPS、GLONASS、Galileo和OZSS五系统卫星严密综合精密定轨方法与软件平台的现状是限制IGS MGEx无法提供综合的五系统卫星精密轨道产品的重要因素;卫星轨道的趋势项和周期项等误差限制广播星历卫星轨道异常探测的可靠性，从而影响卫星精密轨道确定的精度和稳定性;以往线性预报模型不能很好地描述卫星精密定轨所需的地球自转参数短期变化特征的状况会影响卫星的超快速定轨精度;轨道弧长的选择可能会对各卫星导航系统的卫星定轨产生不同的影响，但缺少研究资料分析卫星轨道弧长对一步法确定多GNSS系统卫星的超快速轨道的精度和稳定性。
为此，本文针对BDS/GNSS多系统卫星事后及实时精密轨道确定原型软件平台研制和影响卫星轨道精密确定性能的广播星历卫星轨道异常探测、超快速地球自转参数预报、定轨弧长选择开展了相关深入研究。本文工作的主要创新点包括:
1.针对缺少多GNSS系统卫星严密综合精密定轨方法与平台系统的现状，推导了一步法解算BDS/GNSS五系统卫星精密轨道的数学模型，基于该模型构建和研制了一套新的一步法解算BDS/GNSS卫星事后/超快速/实时精密轨道原型软件平台。
一步法能实现严格意义下的多模观测值统一平差和地球物理参数的联合解算，北斗等卫星导航系统的完善使得基于一步法的多GNSS卫星精密轨道确定的优势渐显，而且基于双差模式的定轨策略只需使用伪距观测量进行时间同步即可消除钟差参数对卫星精密轨道确定的影响，进而减少待估参数。基于此，围绕该原型软件平台的构建和研发，主要开展的工作包括:详细推导了基于一步法的GPS、GLONASS、BDS、Galileo和QZSS五系统卫星精密定轨的双差函数模型和随机模型，并基于该数学模型构建和研发了一套新的一步法BDS/GNSS卫星精密定轨原型软件平台;评估了该原型软件平台解算GPS、GLONASS、BDS、Galileo和OZSS五系统卫星轨道的精度和解算BDS2/BDS3卫星轨道的精度。五系统卫星事后精密轨道确定试验结果表明，该软件平台生成的五系统轨道与CODE提供的MGEX精密轨道具有很好的一致性;BDS2/BDS3卫星精密轨道确定试验结果表明，BDS2和BDS3卫星轨道三天解重叠弧段差值在径向、切向和法向上平均I洲S值分别为O.062、O.123和O.091米，并且在精密定轨过程中构造双差函数模型时不需要将BDS2和BDS3卫星分开处理;五系统卫星的超快速轨道确定试验结果表明，生成的超快速轨道产品与GFz的MGEX轨道产品具有很好的一致性，五系统卫星的超快速轨道产品精度与GFZ的超快速轨道产品精度处于同一量级，而且与IGGAC目前的两步法软件平台生成的超快速轨道相比，本文生成的超快速卫星轨道的一致性有了显著提高;基于生成的五系统卫星的超快速轨道和中科院测地所现有的实时数据流接收与解码软件、实时编码软件、实时轨道产品播发软件，在RTCM SC104和NTRIP标准协议的框架下构建了五系统卫星实时精密轨道确定系统，为未来提供实时精密服务奠定坚实的基础。
2.针对事后和实时应用分别提出两种广播星历中卫星轨道不健康时段的探测方法，并结合预警机制有效应用于BDS/GNSS卫星精密定轨。
在BDS/GNSS卫星精密定轨时，通常根据广播星历提供的卫星初始状态改进卫星的轨道，而广播星历中没有区分卫星的轨道跳变和其他异常状况，甚至含有错误的卫星轨道信息，这会严重影响卫星精密轨道确定的精度和稳定性。基于此，围绕广播星历中卫星轨道不健康时段的探测及其在精密定轨中的应用，主要开展的工作包括:针对事后应用，建立了一种广播星历卫星轨道互差值的RMS模型，并基于该模型提出了一种广播星历卫星轨道不健康时段探测方法，该方法利用差分算子和高斯分布线性变换的不变性克服了轨道误差中周期项和趋势项的影响，并能有效区分轨道跳变和其他异常。试验结果表明，结合预警机制，发生轨道跳变的C08/C03卫星精密定轨重叠弧段差值的RMS在径向、切向和法向上分别为O.446/O.761、0.369/1.890和O.207/0.339米;该方法还能探测出广播星历中卫星轨道的错误信息。针对实时应用，提出了一种三步法，该方法利用抗差估计原理构造包含卫星轨道信息的变量，该变量有效克服了异常状态对卫星不健康时段探测的影响，而且基于该变量能单历元探测广播星历中卫星的轨道跳变和其他异常，并为计算超快速和实时轨道提供额外的卫星轨道信息。试验结果表明，结合预警机制，能有效实现广播星历中发生轨道跳变卫星的精密定轨，与CODE精密轨道产品相比，各卫星轨道互差的RMS和STD差值都在4厘米以内;该方法还能增加广播星历中标识为不健康的卫星的可用时间段。
3.针对以往线性预报模型不能很好地描述卫星精密定轨所需的地球自转参数短期变化特征的状况，充分利用事后/快速/超快速的多时态ERP观测资料，提出了一种改进的超快速ERP产品生成新策略，该策略能够有效改进卫星的超快速定轨精度。
在卫星的超快速轨道确定过程中，预报的地球自转参数在轨道积分和坐标转换时具有重要的实用价值。以往的线性预报函数不能完全符合地球自转参数呈现出的多种周期性、准周期性和复杂的不规则变化等多尺度变化趋势，特别是不能很好地描述卫星精密定轨所需的地球自转参数的短期变化特征，这会影响超快速轨道确定的精度和稳定性。基于此，本文围绕超快速ERP确定开展的主要工作有:基于已知的地球自转参数的变化特性，利用LS+AR模型和事后/快速/超快速的多时态E即观测资料提出了一种改进的超快速EI冲产品生成新策略。试验结果表明，利用该策略预报的超快速ERP产品的精度有了显著提升。其中，对于超快速ERP产品中的UT1-UTC参数预报而言，新策略的观测精度和预测精度分别为51us和68us，与IGS产品相比，改进百分比分别为42.70％和29.17％，与iGMAS产品相比，改进百分比分别为42.05％和37.61％;对于LOD参数预报而言，新策略的预测精度为19us，与IGS和iGMAS产品相比，改进百分比分别为20.83％和64.8l％;通过分析超快速ERP产品在超快速轨道确定时对坐标转换的影响可知，与IGS产品相比，新策略在卫星轨道的X和Y方向上的精度分别提高17％和24％。
4.针对卫星精密定轨中轨道弧长的选取对各卫星导航系统的卫星定轨性能可能产生的不同影响，分析了不同轨道弧长确定多GNSS系统卫星的超快速轨道的精度和稳定性，提出了基于一步法生成多GNss系统卫星的超快速轨道产品的最优轨道弧长。
轨道叠加不仅能显著改变卫星事后轨道产品的精度，而且在卫星的超快速轨道确定时，轨道弧长的选取会对各系统卫星轨道的预报精度产生不可忽略的影响。目前，IGS分析中心在卫星的超快速精密定轨时所使用的轨道弧长各有不同，而且缺少研究资料分析卫星轨道弧长对一步法确定多GNSS系统卫星的超快速精密轨道的影响。基于此，本文对影响超快速轨道确定精度的轨道弧长这项因素进行了研究和分析，围绕该内容开展的工作有:分别针对不同轨道弧长基于一步法预报6和3小时多GNSS卫星的超快速轨道时的轨道互差和赫尔默特转换参数进行详细分析和讨论。试验结果表明，基于一步法预报6和3小时多GNSS卫星的超快速轨道时，最优轨道弧长分别为44-45和41-44小时;综合考虑6和3小时超快速轨道更新速率的情况下，当只考虑轨道弧长对轨道本身的精度和稳定性的影响时，最优轨道弧长为44小时。
目前，缺少BDS、GPS、GLONASS、Galileo和OZSS五系统卫星严密综合精密定轨方法与软件平台的现状是限制IGS MGEx无法提供综合的五系统卫星精密轨道产品的重要因素;卫星轨道的趋势项和周期项等误差限制广播星历卫星轨道异常探测的可靠性，从而影响卫星精密轨道确定的精度和稳定性;以往线性预报模型不能很好地描述卫星精密定轨所需的地球自转参数短期变化特征的状况会影响卫星的超快速定轨精度;轨道弧长的选择可能会对各卫星导航系统的卫星定轨产生不同的影响，但缺少研究资料分析卫星轨道弧长对一步法确定多GNSS系统卫星的超快速轨道的精度和稳定性。
为此，本文针对BDS/GNSS多系统卫星事后及实时精密轨道确定原型软件平台研制和影响卫星轨道精密确定性能的广播星历卫星轨道异常探测、超快速地球自转参数预报、定轨弧长选择开展了相关深入研究。本文工作的主要创新点包括:
1.针对缺少多GNSS系统卫星严密综合精密定轨方法与平台系统的现状，推导了一步法解算BDS/GNSS五系统卫星精密轨道的数学模型，基于该模型构建和研制了一套新的一步法解算BDS/GNSS卫星事后/超快速/实时精密轨道原型软件平台。
一步法能实现严格意义下的多模观测值统一平差和地球物理参数的联合解算，北斗等卫星导航系统的完善使得基于一步法的多GNSS卫星精密轨道确定的优势渐显，而且基于双差模式的定轨策略只需使用伪距观测量进行时间同步即可消除钟差参数对卫星精密轨道确定的影响，进而减少待估参数。基于此，围绕该原型软件平台的构建和研发，主要开展的工作包括:详细推导了基于一步法的GPS、GLONASS、BDS、Galileo和QZSS五系统卫星精密定轨的双差函数模型和随机模型，并基于该数学模型构建和研发了一套新的一步法BDS/GNSS卫星精密定轨原型软件平台;评估了该原型软件平台解算GPS、GLONASS、BDS、Galileo和OZSS五系统卫星轨道的精度和解算BDS2/BDS3卫星轨道的精度。五系统卫星事后精密轨道确定试验结果表明，该软件平台生成的五系统轨道与CODE提供的MGEX精密轨道具有很好的一致性;BDS2/BDS3卫星精密轨道确定试验结果表明，BDS2和BDS3卫星轨道三天解重叠弧段差值在径向、切向和法向上平均I洲S值分别为O.062、O.123和O.091米，并且在精密定轨过程中构造双差函数模型时不需要将BDS2和BDS3卫星分开处理;五系统卫星的超快速轨道确定试验结果表明，生成的超快速轨道产品与GFz的MGEX轨道产品具有很好的一致性，五系统卫星的超快速轨道产品精度与GFZ的超快速轨道产品精度处于同一量级，而且与IGGAC目前的两步法软件平台生成的超快速轨道相比，本文生成的超快速卫星轨道的一致性有了显著提高;基于生成的五系统卫星的超快速轨道和中科院测地所现有的实时数据流接收与解码软件、实时编码软件、实时轨道产品播发软件，在RTCM SC104和NTRIP标准协议的框架下构建了五系统卫星实时精密轨道确定系统，为未来提供实时精密服务奠定坚实的基础。
2.针对事后和实时应用分别提出两种广播星历中卫星轨道不健康时段的探测方法，并结合预警机制有效应用于BDS/GNSS卫星精密定轨。
在BDS/GNSS卫星精密定轨时，通常根据广播星历提供的卫星初始状态改进卫星的轨道，而广播星历中没有区分卫星的轨道跳变和其他异常状况，甚至含有错误的卫星轨道信息，这会严重影响卫星精密轨道确定的精度和稳定性。基于此，围绕广播星历中卫星轨道不健康时段的探测及其在精密定轨中的应用，主要开展的工作包括:针对事后应用，建立了一种广播星历卫星轨道互差值的RMS模型，并基于该模型提出了一种广播星历卫星轨道不健康时段探测方法，该方法利用差分算子和高斯分布线性变换的不变性克服了轨道误差中周期项和趋势项的影响，并能有效区分轨道跳变和其他异常。试验结果表明，结合预警机制，发生轨道跳变的C08/C03卫星精密定轨重叠弧段差值的RMS在径向、切向和法向上分别为O.446/O.761、0.369/1.890和O.207/0.339米;该方法还能探测出广播星历中卫星轨道的错误信息。针对实时应用，提出了一种三步法，该方法利用抗差估计原理构造包含卫星轨道信息的变量，该变量有效克服了异常状态对卫星不健康时段探测的影响，而且基于该变量能单历元探测广播星历中卫星的轨道跳变和其他异常，并为计算超快速和实时轨道提供额外的卫星轨道信息。试验结果表明，结合预警机制，能有效实现广播星历中发生轨道跳变卫星的精密定轨，与CODE精密轨道产品相比，各卫星轨道互差的RMS和STD差值都在4厘米以内;该方法还能增加广播星历中标识为不健康的卫星的可用时间段。
3.针对以往线性预报模型不能很好地描述卫星精密定轨所需的地球自转参数短期变化特征的状况，充分利用事后/快速/超快速的多时态ERP观测资料，提出了一种改进的超快速ERP产品生成新策略，该策略能够有效改进卫星的超快速定轨精度。
在卫星的超快速轨道确定过程中，预报的地球自转参数在轨道积分和坐标转换时具有重要的实用价值。以往的线性预报函数不能完全符合地球自转参数呈现出的多种周期性、准周期性和复杂的不规则变化等多尺度变化趋势，特别是不能很好地描述卫星精密定轨所需的地球自转参数的短期变化特征，这会影响超快速轨道确定的精度和稳定性。基于此，本文围绕超快速ERP确定开展的主要工作有:基于已知的地球自转参数的变化特性，利用LS+AR模型和事后/快速/超快速的多时态E即观测资料提出了一种改进的超快速EI冲产品生成新策略。试验结果表明，利用该策略预报的超快速ERP产品的精度有了显著提升。其中，对于超快速ERP产品中的UT1-UTC参数预报而言，新策略的观测精度和预测精度分别为51us和68us，与IGS产品相比，改进百分比分别为42.70％和29.17％，与iGMAS产品相比，改进百分比分别为42.05％和37.61％;对于LOD参数预报而言，新策略的预测精度为19us，与IGS和iGMAS产品相比，改进百分比分别为20.83％和64.8l％;通过分析超快速ERP产品在超快速轨道确定时对坐标转换的影响可知，与IGS产品相比，新策略在卫星轨道的X和Y方向上的精度分别提高17％和24％。
4.针对卫星精密定轨中轨道弧长的选取对各卫星导航系统的卫星定轨性能可能产生的不同影响，分析了不同轨道弧长确定多GNSS系统卫星的超快速轨道的精度和稳定性，提出了基于一步法生成多GNss系统卫星的超快速轨道产品的最优轨道弧长。
轨道叠加不仅能显著改变卫星事后轨道产品的精度，而且在卫星的超快速轨道确定时，轨道弧长的选取会对各系统卫星轨道的预报精度产生不可忽略的影响。目前，IGS分析中心在卫星的超快速精密定轨时所使用的轨道弧长各有不同，而且缺少研究资料分析卫星轨道弧长对一步法确定多GNSS系统卫星的超快速精密轨道的影响。基于此，本文对影响超快速轨道确定精度的轨道弧长这项因素进行了研究和分析，围绕该内容开展的工作有:分别针对不同轨道弧长基于一步法预报6和3小时多GNSS卫星的超快速轨道时的轨道互差和赫尔默特转换参数进行详细分析和讨论。试验结果表明，基于一步法预报6和3小时多GNSS卫星的超快速轨道时，最优轨道弧长分别为44-45和41-44小时;综合考虑6和3小时超快速轨道更新速率的情况下，当只考虑轨道弧长对轨道本身的精度和稳定性的影响时，最优轨道弧长为44小时。