北斗全球卫星导航系统作为中国航天目前最为复杂的航天系统,也是第一个在国际上与其它导航系统同台竞技的系统,其系统设计必须着眼未来20-30年的应用需求和技术发展。限于北斗导航系统的地面控制部分只能境内布站,严重束缚了北斗卫星的运控和管理,解决导航星座脱离地面站运行的关键途径为发展星间链路。引入导航星座星间链路,全球卫星导航系统的性能将大幅度提升,特别是位置、速度、授时精度以及自主导航能力的提升都需要星间距离测量数据作为其原始输入。要实现米级的定轨与时间同步精度,星间测距精度与准确度要达到分米甚至厘米量级,而对星间测距值的在轨校正则是保证精度与准确度的基本前提。为抢占未来全球卫星导航系统技术制高点,建设一个高质量的星间链路,精密测距在轨校正技术则成为一个关键性问题需要解决。围绕这一问题,论文重点研究了以下关键技术问题:1、针对导航星座卫星钟相位变化引起的测距偏移问题,提出了一种基于分频因子零相位失真的时延校正方法。该方法构建出卫星钟调频调相、开关机相位变化模型,基于分频因子n的相位区域转换特性及数字锁相环的相位跟踪特性,既有效解决了导航系统基准频率调频调相以及卫星钟开关机相位不确定性导致的星间测距偏移问题,又成功克服了传统校正方法在基准频率跨周区域的相位补偿模糊难题,确保卫星钟相位变化引起星间链路测距偏移的一致性校正。2、针对导航系统卫星温度变化引起的测距偏移问题,提出了一种基于温度感知零相位漂移的时延校正方法。该方法基于星间链路载荷设备的时延温度特性,构建出温度影响的时延分布模型,采用了地面预处理与星上实时校的结合方案。相对传统方法在系统校正误差、资源占用和设计复杂度三个方面实现全面提升,系统增加功耗从大于2W缩小至90mW,校正电路占用面积只需15mm×12mm,无需规划建链时隙,不引入系统误差。在温变90℃的情况下,该方法校正后的发射时延与接收时延残差均方根分别为0.0084ns和0.0399ns,均小于星间链路伪码测量随机误差。3、针对导航系统时间链上任何一个环节出现问题导致星间链路建链失效难题,提出了星间链路自主时间同步的原理与系统设计,并针对自主时间同步下的测距偏移问题,提出了一种基于合成频率钟差自适应分解的时延校正方法。该方法基于TWRTT伪距与钟差模型以及DDFS频率合成原理,将钟差时延分解为合成频率的整数+小数相位,然后实行频率计数与相位控制,有效解决卫星调整残留钟差以及星载原子钟漂移产生的时间累积偏差,校正后的时间同步精度小于0.2ns,单向测量伪距精度小于0.15ns。4、针对我国北斗试验卫星首个星间链路载荷精密测距在轨测试与验证难题,统筹考虑系统需求与建设成本,提出了“一个固定站+两个移动站”的试验系统架构,创造性地构建了星间链路系统天地一体的综合试验环境。通过星地双向伪距实测数据、人卫激光站实测数据以及三站一星联合定轨数据的分析与评估,证明了本文提出的星间链路精密测距校正方法在技术上的有效性与可行性。最后,对论文的关键问题研究成果进行了总结,并对后续将要开展的工作进行了展望。本文的研究成果在北斗新一代导航试验卫星星间链路载荷及地面综合试验支持系统中得到了实现,并通过卫星在轨测试得到全面的试验验证,对于我国自主研发的北斗全球组网卫星星间链路系统及未来PNT系统建设具有重要的现实意义。