地球重力场是表征地球内部和表面质量分布和迁移的重要物理量,在国防安全、全球气候变化和人类生活中具有重要的影响。GRACE/GRACE-FO重力卫星的出现是重力场测量中一次具有革命性的进步,它首次提供了高精度的、全天候的、全球中长空间尺度的月分辨率时变重力场信息。除了得益于卫星科学的编队设计、高精度的载荷、高稳定性的平台之外,还依赖于其地面数据处理技术的几十年的积累与发展。GRACE类重力卫星的数据产品依据处理流程分级为:Level-0,Level-1A,Level-1B,Level-2,Level-3。其中Level-0到Level-1B数据处理称为原始数据处理,是后续所有数据产品处理的关键。由于JPL（Jet Propulsion Laboratory）、GFZ（Geo Forschungs Zentrum Potsdam）对GRACE任务只公布了Level-1B,对GRACE-FO任务公布了Level-1A与Level-1B数据产品,且对原始数据处理的关键技术细节一直保密,因此与原始数据处理技术相关的文献很少。我国重力卫星任务经过几十年的技术积累完成了卫星设计预研与硬件研发,亟待原始数据处理技术的发展。星间测距系统作为GRACE类重力卫星的关键载荷,其原始数据处理技术直接影响重力场反演的结果。本文聚焦于GRACE类重力卫星的星间测距系统的原始数据处理技术,首先从地球重力场到重力场空间测量手段（即重力卫星）展开描述,然后对GRACE/GRACE-FO星间测距系统的测量原理与噪声分布深入分析。在此基础上,基于GRACE-FO的Level-1A和Level-1B数据产品对星间测距系统的原始数据处理技术开展了研究和验证工作。最后深入分析了星间测距信号在传播路径上的延迟问题。论文主要包括以下几个方面的研究成果:（1）星间测距系统的测距原理和噪声分布GRACE上搭载了微波测距系统（KBR,K-Band Ranging system）,GRACE-FO上同时搭载了微波测距系统和激光测距系统（LRI,Laser Ranging Interferometer）。首先,本文从测距信号的频率到星间距离和测距信号的相位到星间距离两个方面推导了各物理量在测距系统中的变化,使星间测距的测距理论适用范围更广。然后,详细分析了两套测距系统的噪声分布特征以及对测距信号的影响。基于上述分析发现,微波测距系统的低频噪声主要来源于超稳晶振的噪声,高频噪声主要来源于系统热噪声;激光测距系统的低频噪声主要来源于由于系统设计缺陷产生的由姿态变化耦合到测距变化中的TTL（Tilt-to-Length）噪声,高频噪声主要来源于激光频率噪声。（2）微波测距系统原始数据处理技术流程与验证微波测距系统的测距精度为1μm,而原始相位观测值中包含了大量噪声且双星时标并不同步。本文首先研究了微波测距系统的原始数据处理（Level-1A到Level-1B）中的关键技术,其中包括:测距系统中由相位到有偏距离的计算方法,由星间测距信号在传播路径上的延迟引起的光时改正算法,由微波测距系统的测量参考点与卫星质心不重合引起的天线相位中心改正算法。其中有偏距离的处理主要包含时标改正（双星时间同步）,相位改正,消除电离层影响,低通滤波与降采样等关键步骤。其难点在于相位观测值依赖于时间系统和测距信号频率。因此若要获得高质量、低噪声的相位观测数据需精确计算时间变化和频率变化以及两者的耦合效应引起的相位观测值变化。光时改正距离的处理主要为微波在星间传播时间的精确计算。天线相位中心改正距离的处理主要为卫星KBR坐标系到双星视线坐标系之间的转换。在分析上述研究的基础上,利用本文的方法和流程计算得到的HUST＿KBR1B产品与JPL官方的JPL＿KBR1B产品进行了对比和分析。其中,基于本文方法计算得到的有偏距离与官方结果的差别（rms）约为1nm,天线相位中心改正距离的差别（rms）约为5nm,上述差别远低于KBR系统的测距噪声水平。最后基于HUST＿KBR1B与JPL＿KBR1B产品开展了时变重力场反演,分析其在重力场反演中的差别表明,利用两种KBR1B产品得到的距离变率的后验残差信号接近（差别几十纳米）,获取的时变重力场的空间分布相同,阶方差信号接近（差别在1mm内）。（3）激光测距系统原始数据处理技术流程与验证激光测距系统的测距精度为2-5nm,原始相位观测值中除包含大量噪声和双星时标不同步之外,还包含了大量的相位跳跃。本文首先研究了激光测距系统的原始数据处理（Level-1A到Level-1B）中如下的关键技术:星间激光测距系统相位到有偏距离的计算,由星间测距信号在传播路径上的延迟引起的光时改正。其中有偏距离的处理主要包含时标改正（双星时间同步）,相位改正,相位跳跃消除,低通滤波与降采样等关键步骤。其难点在于相位观测值依赖于时间系统和测距信号频率、且双星观测相位中均存在大量的相位跳跃。因此若要获得高质量、低噪声的相位观测数据需精确计算时间变化和频率变化以及两者的耦合效应引起的相位观测值变化,以及精确消除双星观测相位中的跳跃。光时改正距离的处理主要为激光在星间传播时间的精确计算。在解决上述问题基础上,基于本文计算方法和流程得到了HUST＿LRI1B产品,与JPL官方的JPL＿LRI1B产品和AEI（Albert-Einstein-Institut）发布的AEI＿LRI1B产品进行比较分析,结果表明在高频区域HUST＿LRI1B结果与AEI＿LRI1B精度相当,均优于JPL＿LRI1B。在低频区域由于时标和尺度因子估计方法不同导致三种产品在1CPR,2CPR处的差别最大可达几个微米。基于上述三类数据,开展了时变重力场解算。在重力场反演结果的比较中,HUST＿LRI1B与AEI＿LRI1B的后验残差接近,且高频误差远小于JPL＿LRI1B,其原因为本文采用更合理的相位跳跃消除算法,基于三种产品获取的时变重力场结果在空间分布图和阶方差上（差别在1mm内）均接近。（4）高精度光时改正的计算受卫星高速运动、星间残留气体以及广义相对论效应的影响,微波和激光在卫星间的传播时间会发生延迟,该影响即为在测距系统中的光时改正。本文详细分析了以上三种因素对传播时间的影响。其中,由卫星高速运动引起的时间延迟对KBR/LRI测距的影响约4.8m。星间残留气体（主要是电离层）的产生的延迟对KBR的单程测距影响有13mm,但采用双频组合测距后影响在pm量级,而LRI中由于激光频率远高于微波,其影响也在nm量级。本文重点考虑了广义相对论效应的影响,首先从光子运动方程出发,考虑了最新的背景场模型的引力场的影响,提出了KBR和LRI的光时改正（LTC,Light time correction）的解析表达式,该模型可规避迭代计算方法带来的高频误差。研究了LTC对各类重力场模型和参数的依赖性,并将结果与GRACE和GRACE-FO官方数据提供的LTC进行比较分析,提出了改进光时改正计算的方法,结果表明:基于本文方法计算获得的LTC的噪声大大降低,远低于当前星间测距系统的噪声水平。因此,本文中的LTC改正方法适用于高精度的LRI,即使对于下一代重力任务和空间探测任务,该方法也可准确计算LTC。