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星间链路作为现代全球卫星导航系统的重要组成部分和发展趋势之一,其主要作用是实现导航星座自主定轨或联合地面站提高定轨性能。我国由于政治和地理等因素,当前还难以在全球范围内均匀布设地面监测站,这使得北斗系统在全球四大卫星导航系统中对星间链路的需求最为迫切,同时也促使其在星间链路研制方面取得重要突破,并成功应用于北斗三号卫星导航系统（BDS-3）。这一方面为开展导航卫星星间链路应用研究提供了良好的机遇,另一方面也给高精度高性能星间链路数据处理模型与方法带来了挑战。由于星间链路的敏感性和保密性,国外公开的相关资料较少,且很少涉及关键技术。早期国内学者利用仿真数据对星间链路定轨进行了大量探索,近年来随着BDS-3试验卫星以及BDS-3卫星的成功发射,陆续有基于实测数据的相关成果发表。然而,目前的研究大多只是给出初步的轨道和钟差结果,很少涉及到星间链路数据处理模型精化方面。此外当前较多的BDS-3卫星可以形成具有良好空间几何结构的星间链路,其对卫星轨道和钟差的贡献也缺乏深入的讨论与分析。本文围绕BDS-3星间链路精密轨道和钟差确定的基本理论、模型方法和关键技术展开研究,解决了BDS-3星间链路测距偏差分析及改正、联合星地星间观测值的BDS-3卫星L和Ka波段天线相位中心标定、基于星间链路的BDS-3卫星偏航姿态模型分析与构建等关键问题,精化或建立了BDS-3星间链路定轨方法和几何模型,研制了星间链路定轨以及星地星间联合定轨软件,并利用大量实测数据对方法模型及数据处理软件进行了验证。论文的主要研究内容和贡献如下:（1）介绍了BDS-3星间链路拓扑结构和测量方案等基本情况,在此基础上推导了BDS-3星间链路轨道和钟差确定的观测模型,并对主要误差进行了分析。本文将星间链路双向归化至同一历元后,两者相加形成的无钟差组合观测量用于后续卫星定轨,相减形成的无几何组合观测量用于卫星钟差估计。（2）发现了BDS-3星间链路观测值中存在与链路相关的测距偏差的现象,分析了星间链路测距偏差变化特征,建立了常数测距偏差改正模型。基于20颗BDS-3卫星50天的实测星间链路数据,分别计算得到了171条双向链路以及342条单向链路观测量的测距偏差值,即相应的改正模型,结果表明BDS-3双向链路的测距偏差最大约18 cm,单向链路最大达30 cm。在此基础上分析了测距偏差对基于星间链路的BDS-3卫星轨道确定和钟差估计的影响。（3）基于2019年260天的L波段星地和Ka波段星间链路观测数据,采用不同策略估计了BDS-3卫星L导航天线和Ka相控阵天线的相位中心偏差（PCO）。结果表明,与仅利用L波段星地数据估计L天线PCO以及仅利用Ka星间链路数据估计Ka天线PCO相比,联合星地星间数据同时进行L和Ka天线PCO估计可使得两者都具有更高的精度,其中,X、Y和Z方向的L天线PCO估值精度分别为2.6 cm、4.7 cm和12.0 cm,Ka天线X、Y和Z方向PCO估值的精度分别为2.5 cm、6.7 cm和4.1 cm。另外也通过相应的定轨结果对L和Ka天线PCO估值进行了验证。（4）在逆动态精密单点定位方法的基础上,基于星间链路观测值解算了单历元卫星Ka天线PCO以估计BDS-3卫星偏航姿态,估计精度为2.4°。以估计的高精度实际偏航姿态为基础,分析了两家卫星制造商提供的BDS-3卫星偏航姿态控制机制,继而提出了一种针对不同厂商的改进的BDS-3卫星偏航姿态模型。即:对于CAST卫星,当β角处于±3°之间且卫星轨道角μ处于约[-6°～6°]或[174°～186°]之间时进行机动偏航,机动偏航期间应采用改进的Galileo模型;对于SECM卫星,当β角处于±3°之间全时段机动偏航,机动偏航时应采用CSNO发布的BDS-3模型。上述模型与估计的实际偏航姿态符合程度在3°水平。（5）研制了仅Ka观测值的星间链路定轨和L+Ka的星地星间联合定轨软件,并基于BDS-3实测数据进行了验证。针对BDS-3 18颗MEO和1颗IGSO卫星的定轨结果表明:对于星间链路定轨,其轨道一维重叠精度为9.5 cm,平均SLR检核精度（RMS）达4 cm;对于全球站+星间链路联合定轨,加入星间链路后轨道一维重叠精度从4.0 cm提高到3.2 cm,SLR检核精度从5.0 cm提高到3.6 cm;对于国内7个站+星间链路联合定轨,加入星间链路后轨道一维重叠精度从35.2 cm提高到6.5 cm,SLR检核精度从10.9 cm提高到3.9 cm。针对BDS-3首颗GEO卫星的定轨结果表明,星间链路能显著改善其轨道径向精度,从约70 cm提高到20 cm水平。（6）基于Ka波段星间链路观测值进行了BDS-3卫星钟差估计,所估计的Ka波段钟差二次多项式拟合残差RMS为0.14 ns,优于精密定轨解算的L波段钟差。基于L和Ka波段钟差数据,对比分析了BDS-3星载铷钟和氢钟的周期特性、频率稳定性以及预报性能。由于Ka钟差不受轨道误差影响,使得其周期特性相比于L波段钟差显著减弱,通过Ka钟差计算的频率稳定度结果也更加平稳,在平滑时间大于5000 s时优于L钟差的计算结果,且Ka钟差具有更高的中长期预报精度。