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星间链路、自主定轨和时间同步是 BDS（北斗卫星导航系统）等混合卫星导航星座建设和应用中的重要组成部分。本文紧密结合BDS等混合卫星导航星座的实际，综合运用数学、统计学等理论和技术，对混合星座中星间链路的建立准则和合理性、自主定轨的可行性和算法以及星地/星间时间同步算法进行了全面的分析和深入的研究。本文的主要工作和创新点可概括如下： 1.根据混合星座的特点，运用图论知识分析和提出了混合星座中星间链路的建立准则，运用邻接矩阵提出了判断星间链路是否连通的方法，运用卫星间相连的途径的数目及其连通度等概念提出了星间链路稳健性的判断标准，并进一步运用图论知识给出了星座达到一定连通度所需要的最少星间链路数目及其构建方式。 2.针对现有文献中GDOP的理论最小值不合理的原因，从实际情况出发，对GDOP最小值的求解进行了分析和重新推导，得到了GDOP最小值的计算方法，并分析了GDOP值达到最小时卫星的空间几何分布情况；提出了 PDOP最小值的求解方法；综合运用GDOP/PDOP最小值验证了作者提出的星间链路建立准则的合理性。 3.分析了混合星座星间链路的传输耗损，运用概率知识提出了在数据传输速率的数学期望等于额定数据传输速率的条件下，确定合理发射功率的方法，并推导了数据传输速率方差的计算公式。 4.分析了星间链路建立准则对路由算法以及星间链路使用概率的影响；在最少路由节点和尽量选择稳健星间链路的原则下，提出了 Walker-?星座和混合星座中星间链路的路由算法，并提出了混合星座中永久性星间链路使用概率的计算方法。 5.改进和完善了诊断病态性的特征分析法，并对GEO定轨数据处理中的病态性问题进行了分析；根据病态性的诊断结果和实际情况，提出了双 k型岭估计，并将其运用于基于星地链路的GEO定轨。 6.针对固定星间链路模式结合区域地面观测的局限性所引起的自主定轨病态性问题，根据观测模型对滤波值影响的具体特点，提出了有偏自适应EKF算法及其自适应因子的确定方法，以有效地克服观测模型的病态性对自主定轨EKF滤波的不良影响。 7.针对可见可测星间链路模式结合区域地面观测的局限性所引起的自主定轨病态性问题，受正则化思想启发，将岭参数引入到EKF算法中，提出了岭型EKF算法及其岭参数的确定方法，以有效地克服观测模型的病态性对自主定轨EKF滤波的不良影响。 8.基于不同类型识别变量的后验概率，提出了探测星地时间序列中异常值的Bayes方法，以及确定异常扰动大小的模型和最小二乘法。 9.给出了星间测距和钟差观测量的计算方法，以及采用Kalman滤波实现高精度的星间自主时间同步的方法。