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随着我国北斗卫星导航系统的蓬勃发展,目前全球定位系统(Global Positioning System,GPS)与北斗系统联合定位的可见卫星接近20颗,极大地提高了全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)监测的可靠性和实用性。而传统GNSS监测系统通常使用电缆传输GNSS信号,并且接收机只能用一对一方式接收、解调远程GNSS信号。但由于电缆传输损耗大、易受到电磁干扰以及接收机成本高昂等问题,使传统GNSS监测系统的测量区域和使用范围受到了极大地限制。针对传统测量系统的这些问题,本文基于微波光子链路低损耗、小体积、抗电磁干扰等显著优点,研究光载GNSS技术及方案。在此主题下,对GNSS定位原理、光载GNSS一机单天线差分方案设计、光载一机多天线GNSS方案实现等进行了一系列研究。首先,本文介绍了GPS和北斗系统的信号结构及其载波的频带分布情况,总结并归纳了影响GNSS测量精度的误差来源,并对GNSS伪距单点定位和载波相位差分原理进行了分析,为后续章节中光载GNSS差分方案的设计与采用载波相位双差差分定位提供了理论支撑。然后,基于直调微波光子链路设计了一种远程光载一机单天线GNSS差分定位方案,GNSS信号传输距离可达10 km。在此基础上,利用开源程序包RTKLIB设计定位程序,实现了GPS、北斗、GPS/北斗系统下的单点、差分定位,验证了GPS/北斗联合系统下定位具有更高的可靠性以及测量精度。同时,使用GNSS接收机内实时双差差分模块进行测试,实验结果表明:静态环境下不同长度光纤传输GNSS信号后的实时定位结果大体相同,且三维坐标实时测量精度均可达到毫米量级;模拟动态环境下短时段(10分钟左右)内基线长度实时测量精度可达4 mm,响应时间为5 s。最后,研究并设计了一种光载一机多天线GNSS方案。该方案利用光开关时分复用的特性,可使一个接收机接收、解调多个远程GNSS信号,从而获得多个远程GNSS监测点的高精度定位结果。实验结果表明:该方案与传统的一机单天线方案相比,可在不降低测量精度的前提下,显著提升大规模应用的性价比。与此同时,理论分析了同步观测的多条基线向量之间误差的相关性,并借助网平差处理方法,将两个不同时段中的远程静态同步观测环的三维坐标测量精度提高至0.3~1.2 mm范围。