借助仿真手段分析各种误差对星载GPS低轨卫星定轨精度的影响、所能达到的定轨精度以及卫星导航系统的可靠性能，对于卫星导航系统的优化设计和组合、观测控制网的布设以及低轨卫星定轨方案的论证等具有重要的理论意义和实用价值。本文主要包括以下研究内容： 1分析了卫星的摄动力模型，根据摄动力的取舍原则建立了卫星的运动方程并编写了相应的计算程序 卫星在运行过程中，受到一系列摄动力的影响，针对卫星的高度和定轨要求，可以进行摄动力的取舍，并不需考虑所有的摄动力；通过选择合适的动力学模型和摄动力取舍，建立了卫星的运动方程；编写了卫星的摄动力计算程序，积分卫星运动方程可以求出任意时刻的卫星位置和速度。本程序模块适用于任意高度的卫星，输入卫星的高度、定轨要求以及初始状态参数，可以求得卫星的轨道位置和速度。 2建立了星载GPS低轨卫星跟踪数据的仿真模型并程序实现 星载GPS仿真数据虽不是真实的观测数据，但在研究某些问题如定轨方案的比较和论证等时具有很强的针对性。本文系统研究了仿真数据的实现原理，分析了星载数据的误差源，建立了卫星(包括GPS卫星和低轨卫星)仿真模型和误差仿真模型，编写了相应的仿真软件。本程序模块分为三大主要部分，即GPS卫星仿真部分、低轨卫星仿真部分、观测误差仿真部分，最后码观测值和相位观测值以RINEX格式输出。通过调节不同的卫星参数和误差模型参数，可以实现符合不同要求的观测值仿真。 3提出了一种直接解算星载GPS观测方程计算低轨卫星初轨的方法，实现了卫星的自主定轨 卫星的初轨计算问题即为确定卫星的初始状态，早期多用角度作为观测量计算初轨，需要地面提供观测数据。由于观测资料的弧段短，法方程的病态性常常会降低定轨精度。根据低轨卫星上GPS接收机一般能同时接收4～8颗GPS卫星的情况，直接利用伪距作为观测值，直接解算GPS观测方程求解卫星初轨，避免了利用短弧资料定初轨的病态性的影响以及求解初轨观测方程的非线性问题，方法简便精度较高，还可以实现卫星的自主定轨。 4详细讨论了非差动力学定轨方法，对定轨精度进行了比较 根据定轨所用观测数据的不同，非差动力定轨法可分为基于双频P码观测值的非差动力学定轨、基于相位平滑伪距的非差动力学定轨和基于相位、伪距观测值联合定轨的非差动力学定轨方法。本文对三种定轨方法的精度进行了比较，在实际定轨中，可以根据不同的定轨要求选择使用。 5采用一种单差动力学定轨方法，实现了低轨卫星的定轨，并详细分析了各种误差源对定轨精度的影响 采用一种变相的“非差”动力学定轨方法，建立了相应的数学模型，编制了星载GPS低轨卫星的定轨软件，并以此分析了定轨过程中各主要误差源对定轨的影响以及所能达到的定轨精度。该方法以相位平滑伪距为观测值，通过对同一历元的观测值进行卫星间求差，消除了星载GPS接收机钟差，模型简单，求解参数少，降低了法矩阵的条件数。在只估计初始坐标和速度参数、考虑各种误差的综合影响时，定轨一天的径向精度约为2m，能满足一定的定轨精度要求。 6对GALILEO系统进行了仿真，分析了大陆范围内使用GPS、GALILEO和GPS-GALILEO组合系统进行单点定位时的平面位置精度和高程位置精度 根据GALILEO卫星系统的设计参数，建立了卫星运动方程，编制了GALILEO系统的星座仿真软件；并结合GPS系统，以中国地壳运动观测网的25个基准站为地面观测站，对大陆范围内基于GPS、GALILEO以及GPS-GALILEO组合系统进行单点定位时的卫星可见性和给定精度下的定位可信度进行了系统的分析。仿真结果表明，在中国大陆范围内，GALILEO系统在时间域和空间域上的整体稳定性优于GPS系统。在一定的定位精度要求下，二者的平面定位可信度基本一致，GALILEO的高程定位可信度优于GPS系统；组合的GPS-GALILEO系统无论在卫星可见性方面，还是在定位可信度方面，均优于单一的定位系统。 7提出了一种统一的适用于GPS码观测值和相位观测值的可靠性度量指标，并将其应用于全球定位系统的可靠性评价中 系统的可靠性反映了系统抵御粗差的能力，根据码观测量和相位观测量的观测模型和随机模型，提出了一种统一的度量码观测值和相位观测值的可靠性指标，并将其运用于GPS、GALILEO及其组合系统的可靠性度量的仿真计算中。结果表明，该指标计算简单，能够反映系统间的可靠性差异。基于GALILEO或组合系统的码观测值的可靠性无论在时间域还是空间域上均整体优于GPS系统，且可靠性差异随时间和地理位置的不同而发生变化；相应相位观测值的可靠性也优于GPS系统，可靠性指标差值与观测历元数和周跳窗的长度有关，差值小于码观测值指标差值，对于一定的观测历元数，指标差值随周跳窗的长度呈抛物线形状变化。 8详细研究了电离层蚀因子和影响因子的变化特性，实现了电离层周日及季节年变化的有效刻划 针对利用GPS观测数据模拟电离层延迟的新方法—电离层蚀因子法，详细研究了电离层蚀因子和影响因子在时间域和空间域上的变化特性，电离层蚀因子和影响因子较好地反映了不同地理位置、不同季节昼夜区段的变化，比地方时更精确地确定了昼夜区段，可以区分相应年份不同的电离层变化的季节性时段，从而可以和电离层的延迟建立内在的联系，选择合理的电离层模型，提高确定电离层延迟的精度。该研究对进一步利用日益丰富的GPS数据更好地研究和监测电离层TEC的变化特性和规律具有一定的参考价值。