我国的北斗卫星导航系统已经正式提供区域服务,在中国及周边地区,北斗/GPS联合定位的可见卫星数接近20颗,可极大改善GNSS导航定位的可用性和可靠性。综合利用北斗/GPS多频信号,也可全面提升高精度实时与近实时测量的性能。研究北斗/GPS多频实时精密定位理论与算法,不仅对多GNSS条件下实时高精度定位服务具有重要意义,也有利于北斗在高精度测量领域的产业化推广。本文对北斗/GPS多频实时精密定位理论与算法进行了深入研究,重点研究了三频线性组合观测量理论、周跳实时探测与修复方法、三频无几何模糊度解算方法和多系统多频非组合几何模糊度解算模型及其计算优化算法等内容,并对北斗/GPS多频RTK定位性能进行了初步评估。构建了一套适应性强和扩展性好的多系统多频RTK定位算法,编写了多系统多频RTK定位嵌入式软件,并已成功应用于北斗/GPS多频RTK测量系统。论文的主要贡献概括如下:1.提出了一种求解特定波长与电离层延迟影响系数条件下噪声最优三频整系数线性组合的解析方法。通过分析得到了三种适合于周跳探测与模糊度解算的特殊三频线性组合,即:组合系数之和为零的无几何组合GFS0、组合系数之和为零的无电离层组合IFS0和无几何无电离层组合GFIF,并给出了北斗和GPS三频情形下其具体线性组合系数值,即GPS:GFS0=(5,-39,34)、IFS0=(77,-468,391)和GFIF=(18095,-125892,107134),北斗:GFS0=(30,-173,143)、IFS0=(2289,-10726,8437)和GFIF=(83930,-439766,353587)。并研究了三频整系数线性组合的波长和电离层延迟影响系数与其线性组合系数之和之间的关系。2.推导了以距离为单位的实系数线性组合与其相应以周为单位的整系数线性组合之间的对应关系,并指出:所有以距离为单位表示的实系数线性组合,只要其线性组合系统为有理数,则其组合模糊度仍然保持整数特性。3.通过零基线和超短基线残差分析,对北斗伪距与载波相位观测量精度进行了评估。结果表明:北斗B1I和B2I伪距测量精度约为33 cm,B1和B2载波相位测量精度约为2mm,与GPS观测量精度相当。4.由混合整数最小二乘估计目标函数推导出了整体最优搜索准则和目标函数的正交分解形式,从而证明了整体最优搜索准则与最小二乘模糊度搜索准则的等价性。同时,推导出了求解混合整数最小二乘估计问题的实数域搜索准则。5.基于以周为单位的载波相位线性组合,构建了无几何相位组合周跳探测模型,并给出了无几何相位组合探测周跳时相应不敏感周跳组合的解析表达式。利用构造的周跳探测模型分析可知:在历元间电离层延迟变化可忽略情况下,GPS最优三频无几何相位周跳探测组合为(10,-9,-4)和(5,7,-14),北斗为(20,-17,-8)和(10,21,-35)。利用三频电离层加权无几何周跳探测与修复模型分析表明:当电离层延迟变化先验值精度优于0.02 m时,三频电离层加权无几何周跳修复方案可以实时可靠修复全部周跳,并利用北斗三频实测数据对此进行了验证。6.利用北斗三频实测数据对短基线三频无几何模糊度解算方法的性能进行了数值验证。给出了中长基线三频无几何无电离层模糊度解算方案中窄巷模糊度估计更为简洁的计算公式,并证明:各种无几何无电离层模糊度解算方案中窄巷模糊度估计都是等价的。7.构建了多系统多频非组合RTK定位模型。该模型可适应于多系统单频、双频和多频情形以及多系统单频、双频和多频混合情形,还可兼容短基线和中长基线定位模型,适合于多系统多频情形下的RTK定位算法实现。8.提出了适合于多系统多频非组合RTK定位模型的序贯测量更新与稀疏矩阵乘法计算优化方案,可显著提高多系统多频非组合几何模糊度解算过程中浮点解估计的计算效率。提出了一种多频快速部分模糊度解算方案,可提高多频情形下模糊度整数解搜索效率。短基线单历元RTK定位测试表明:双频情形下,新方案比常用的整体模糊度解算方案快约2.5倍;混合双频和三频情形下快约3倍;三频情形下快约3.5倍。9.对短基线情形下北斗/GPS多频RTK定位性能进行了评估。通过大量北斗/GPS实测数据分析可知:(a)北斗/GPS单频RTK定位的单历元模糊度解算成功率与GPS双频相当。这表明北斗/GPS单频RTK定位可以实现瞬时初始化或至少可以在几秒内实现初始化,而且北斗/GPS单频定位精度略优于GPS双频和北斗双频或三频定位,因此具有很好的应用前景;(b)北斗双频RTK定位的单历元模糊度解算成功率与GPS双频相当,甚至优于GPS。这表明北斗区域星座已具备独立的双频RTK定位能力,但由于北斗特殊星座配置和GEO卫星多径误差影响,北斗双频RTK定位精度与GPS相比稍差;(c)北斗/GPS联合RTK定位可显著改善GPS或北斗单系统RTK定位的单历元模糊度解算成功率,尤其是在大高度截止角情形下,北斗/GPS联合RTK定位仍然能可靠固定模糊度。因此,北斗/GPS联合双频RTK定位将显著改善目前GPS单系统RTK定位在城市峡谷等易受遮挡环境下的可用性和可靠性。10.初步评估了中长基线情形下北斗/GPS联合RTK定位性能。通过四次中长基线实测数据分析可知:(a)由于坐标参数和对流层延迟参数(几何参数)的快速收敛与卫星空间几何构型变化快慢密切相关,而北斗星座主要由GEO和IGSO卫星组成,其空间几何构型变化缓慢,导致北斗中长基线RTK定位的浮点解收敛缓慢,进而使北斗中长基线RTK定位首次固定时间非常长甚至无法正确固定模糊度;(b)北斗/GPS联合RTK定位可显著缩短GPS中长基线RTK定位的初始化时间。在15.6 km基线测试中:平均初始化时间由GPS单系统RTK定位时的3分23秒减少到21秒,且最长不超过2分钟;在52.6 km基线测试中:由13分30秒减少到6分33秒,最长时间为15分26秒;在56.6 km基线测试中:由6分钟减少到1分54秒,最长时间为7分10秒;在98.8 km基线测试中:由4分39秒减少到3分41秒,最长时间为11分40秒。