全球卫星导航格局正在发生变革,从单一GPS系统发展为多GNSS并存;兼容互操作成为各国维护核心利益的主要手段,世界各主要卫星导航国家和地区均利用各种国际场合,通过兼容与互操作维护各自核心权益;互操作是当前卫星导航技术研究的核心内容之一,已成为全球卫星导航领域的关注热点和发展方向,世界各主要国家对此均高度重视;消除或减轻各系统之间差异化因素带来的影响是互操作技术的核心内容。随着北斗卫星导航系统建设进程的稳步推进,为我国北斗互操作技术研究提出了更高的要求。一方面以中国卫星导航系统管理办公室牵头的一系列互操作相关项目为技术研究基础,另一方面以联合国卫星导航委员会互操作子工作组的技术研讨为方向指导基础,在这两个基础条件下,本论文主要通过分析系统间差异性及其对定位结果和用户的影响,将这些差异化因素区分为结构差异、载体差异和信息差异,以设计合理、可行的方法减少这些差异化因素对服务性能负面影响、扩大其正面影响为目的展开了讨论。具体围绕梳理GNSS系统间差异化及影响、GNSS系统时间互操作、GNSS系统坐标互操作、GNSS互操作系统星座和GNSS互操作算法这五个方面展开分析和论述。一是梳理了GNSS系统间的差异化因素及分类,讨论并明确了这些差异性对PVT解算过程的影响机理,结合北斗系统针对卫星导航用户开展的GNSS互操作需求调研,进一步理清了GNSS互操作的主要研究内容。二是针对GNSS系统时间互操作展开了讨论,系统时间偏差的监测和预报是GNSS时间互操作主要任务之一。在阐述GNSS系统时间偏差产生原因的基础上,进一步分析了互操作对时间统一的需求以及GNSS系统时间互操作的可行性;紧接着,分别讨论了用户级和系统级的系统时间偏差处理方法;为了解决系统时间偏差的预报问题,分析了系统时差数据的品质与特征,发现了系统时差数据的幂律分布特性;重点讨论了通过多项式模型、灰色模型和分形拟合模型进行系统时差预报的原理,并通过数值试验对常用的时差预报方法进行了比较分析。三是讨论了GNSS系统坐标互操作。由于各系统坐标系在地表差异不大,不少学者认为系统坐标无需相互转换;我们以不同GNSS坐标系下卫星坐标的差异为抓手,分析并论证了GNSS系统坐标互操作的必要性。由于普通用户难以获取官方坐标转换参数,我们设计了一种利用“国际GNSS监测评估服务”产品进行坐标转换参数求解的方法,并通过仿真计算验证了该方法的有效性。四是对GNSS互操作系统为用户带来的星座互补性及其效果进行了量化分析。以GDOP为切入点,结合GNSS信号干扰引起的测距精度变化,对GDOP改善情况的量化展开论述,发现了GDOP平均值与可视卫星数量之间的特殊函数关系;并依此为依据借助几何模型探讨了GDOP与星座卫星数量间的关系,并证明了“GDOP饱和值”的不存在性。五是讨论并仿真了GNSS互操作的定位及完好性算法。分析并区分了松组合与紧组合这两种定位算法,我们认为松组合定位算法是一种多模定位算法,而紧组合定位算法则是互操作定位算法;在此前提下,讨论了这两种定位算法的数学模型,并分析了其对PVT服务性能的改善;以传统的RAIM算法为依据,讨论了一种基于最小二乘残差的GNSS互操作系统卫星故障检测和识别算法;梳理了GNSS互操作的算法流程并依此开展了仿真计算。本文的几个主要结论如下:(1)灰色关联度计算结果表明用户对互操作参数关注度较高;(2)系统时差数据特性分析表明系统时差满足幂律分布,具有自相似性;(3)通过计算卫星在不同坐标系下的坐标差异可知,GNSS坐标互操作是必要的;(4)仿真结果表明GDOP平均值的平方与可视卫星数量之间存在线性关系;(5)将互操作后的GNSS系统星座与兼容性分析相结合,验证了GDOP饱和值的不存在性。