随着北斗三号全球卫星导航系统的建成与开通,中国卫星导航系统正式迈入全球服务新时代,北斗三号系统提供了以地基增强为代表的高精度相对定位、支持全球用户随遇接入的全球短报文通信等特色服务以及增加了不依赖于地面控制系统的星座自主运行新模式。因此论文围绕高精度相对定位、全球短报文通信以及星座自主导航等北斗新质服务模式性能评估与优化等问题开展了研究,取得了以下创新性成果:（1）针对现有测量偏差对相对定位影响的研究主要集中于模糊度浮点解到固定解的影响分析,缺少原始测量偏差对相对定位性能影响理论分析的问题,推导建立了伪距/载波测量偏差对模糊度固定及相对定位误差影响的理论评估模型并进行了仿真分析。仿真结果表明:测量偏差会影响浮点模糊度从而降低整周模糊度固定成功率,但是降相关可以抑制伪距测量偏差对模糊度固定的影响,分米级的伪距偏差可使单频相对定位模糊度固定率降低3%。当相对定位精度因子不大于1.7时,1m的伪距偏差和10°的载波偏差对模糊度固定率的影响不超过1%;若要满足95%的定位精度优于10cm,理想条件下可以容忍的载波相位偏差可到30°。（2）针对遮挡环境下非视距观测延迟会显著降低模糊度固定率、严重影响相对定位精度的问题,提出了基于主成分分析-支持向量机的非视距信号分类方法,综合利用基准站观测量特性,使得非视距信号识别准确率由95.51%提高至98.90%,视距信号识别准确率由98.93%提高至99.68%,耗时减少了约13.6%。为了应对复杂非视距和多径环境,进一步提出了一种基于非视距卫星剔除和多径误差消除的鲁棒相对定位方法,在文中复杂遮挡环境的静态短基线实验条件下,所提方法比标准相对定位的模糊度固定成功率方法由52.18%提高到95.64%,三维定位误差从1.454m提高到0.265m。（3）针对特定场景下北斗全球短报文通信中,由于入站卫星资源受限,传统最大载噪比选星策略容易出现入站拥塞、时延过大等问题,提出了一种随机选星接入的用户入站改进方法,以提高卫星负载均衡性。实验结果表明,在区域集中场景下,系统丢包率由21.54%降低至0.15%,入站平均时延由200s左右降低至6s以内。在全球均匀分布用户场景,基于随机选星方法性能与传统的最大载噪比选星策略相当,表明本文算法能适用于不同场景,验证了算法的有效性。（4）针对北斗星座自主导航性能影响因素众多、优化难度大等问题,建立了自主导航的性能评估框架,利用系统仿真手段优化了星座自主导航的关键参数与运行策略。实验结果表明:修正轨道面定向参数后,星座整体旋转效应明显得到抑制,35天平均轨道均方根误差由10m减少至2m;当定轨滤波器观测噪声系数由0.1m优化至1m后,定轨精度提升约28.8%;利用7天历史基准钟差数据拟合钟差初值,能够使卫星自主运行一周内绝对钟差不超过10ns;锚固站工作1小时,中断7小时的工作模式与锚固连续不中断工作模式其星座自主时间同步精度相当。最后,总结了论文的主要研究成果与后续工作展望。论文研究成果已应用于高精度抗干扰关键技术攻关项目,并支撑了北斗三号系统相关服务性能的评估与优化。