GPS精密单点定位是利用GPS卫星精密星历及精密卫星钟差，以单台GPS接收机采集的非差码观测值和载波相位观测值作为主要数据进行单点定位计算，其精度可达分米级甚至厘米级。由于它利用单台接收机在全球范围内进行静态或动态独立作业，并且能直接得到高精度的ITRF坐标系下的坐标，因此，它在高精度动态导航定位及低轨卫星的定轨等方面都具有不可限量的应用前景。 与GPS相对定位相比，GPS精密单点定位有以下特点和难点： (1)未知参数多：非差单点定位除需估计测站坐标、接收机钟差和整周模糊度参数外，还需估计对流层湿项延迟改正参数等。 (2)模型复杂：除参数解算的数学模型外，还需考虑各种复杂的误差改正模型。GPS精密单点定位无法采用差分的方法消除观测中的误差影响，如：对流层、电离层、接收机钟差及卫星钟差等，必须利用完善的模型加以改正，或者采用同测站的坐标参数一起估计的方法进行处理。 (3)数据预处理更加困难：在GPS相对定位中，一般是利用双差观测值进行周跳的探测与修复。在双差观测值中，各种误差己经消除，仅包括观测噪声的影响，因此其探测和修复周跳比较容易。而GPS精密单点定位只能利用单站数据进行周跳的探测和修复，难度更大，其修复质量还依赖码观测值质量。另外由于各种误差残差的影响，整周模糊度的确定问题也更加复杂。 针对GPS精密单点定位具有未知数参数多、模型复杂、周跳探测与修复更加困难、整周模糊度的确定更加复杂等特点，本文介绍了精密单点定位的原理、精密单点定位的数学模型，并对不同模型的优缺点进行了分析比较。详细论述了精密单点定位过程中的各种误差，并给出相应的误差改正方法。针对相位观测值会出现周跳等粗差影响，本文提出的卡尔曼滤波算法是采用基于预报残差的粗差探测方法来探测、标识、剔除存在粗差的观测值。 本文的具体内容和得到的结论主要有以下几个方面： 1、阐述了GPS精密单点定位的基本原理、三种数学模型(传统消电离层模型、UofC模型和无模糊度模型)，并对三种数学模型进行了比较分析。三种精密单点定位模型之间的主要区别是载波相位中模糊度的处理。传统消电离层模型中，组合模糊度的估计是进行迭代收敛的。而在UofC模型中，对两个载波L1和L2上的模糊度分别估计，并进行模糊度的伪固定。采用无模糊度模型时，不需要估计模糊度。 2、由于在精密单点定位采用非差模型，所以在传统的相对定位中利用差分消除或减弱误差的方法在精密单点定位中不再适用。本文分析了精密单点定位中的各种误差，包括与测站有关的误差，与卫星有关的误差以及GPS信号在传播过程中的误差，并给出了各种误差的消除或减弱方法。 3、从GPS精密单点定位的滤波状态方程和观测方程出发，讨论了非线性观测方程的线性化、状态向量的选择、滤波初值的确定等问题。标准的卡尔曼滤波适用于观测方程和状态方程为线性的情况，考虑到由于非线性观测方程线性化过程带来的线性误差，建议采用扩展卡尔曼滤波算法，这种算法可以很好地降低非线性方程线性化带来的误差影响。本文也对附加模糊度参数的卡尔曼滤波算法进行了很详细的论述，提出了伪距、相位的分步卡尔曼滤波算法，并在理论上得到了论证。滤波计算由于计算机字长的限制或者是滤波模型误差的存在，随着滤波递推，会出现发散现象。为了解决滤波发散问题，提出了自适应滤波方法、附加衰减因子的卡尔曼滤波和UD分解法。 4、详细论述了精密单点定位数据处理的过程。包括精密卫星星历、卫星钟差的获取。在精密单点定位数据预处理中，分别采用不同载波观测量之间线性组合的方法，如：Melbourne-Wtlbbena组合观测值、lono_Free组合观测值、Geometry-Free组合观测值、载波相位平滑伪距方法来消除电离层影响，较好地解决周跳探测、修复和剔除野值点等问题，从而给定位结果的精度提供了重要保证。 5、基于VC平台编写了精密单点定位程序。采用精密单点定位软件对100个观测历元的观测数据进行了计算，在初始阶段，其定位精度较差，但随着观测数据的不断增多，定位结果精度显著提高，并且结果也趋于稳定。可见，采用精密单点定位技术，利用单台接收机，无需与已知基准站联测就可进行高精度定位。