GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）卫星采用星间K/Ka频段微波测距系统，使卫星之间的相对距离测量精度达到微米量级，展示了卫星跟踪卫星技术达到的最高技术水平，已成为其它国家的主要分析研究对象。在低低卫卫跟踪技术模式重力测量卫星关键载荷的星间K频段微波测距系统中，参考频率源的相噪及频率稳定特性，将决定系统测量精度的可能极限。本文阐述了低低卫卫跟踪微波测距技术的测量原理，理论分析了频率源引起的微波测距系统测量误差，总结和比较了目前振荡器幂律谱噪声的三类时域仿真建模方法的优缺点，提出了非平稳的、具有尺度不变性的且易于操作的基于离散型式的分数阶积分的幂律谱建模方法。在此基础上，建立了微波测距系统仿真模型，仿真验证了双向单程测距体制抵消部分长期和中期的星上振荡器噪声这一理论；并就相噪谱密度不同频段对测量误差的影响，以及不同测距精度对相噪水平要求进行了仿真分析。该结果对合理提出对于达到微米级测距精度，振荡器所需要的稳定度和相位噪声的最低技术指标，提供了理论依据。论文最后提出了具体的低低卫卫跟踪微波测距系统工程实现方案。通过工程实现，获得了具体的实验测试数据，实验结果验证了本文提出的微波测距系统工程方案的可行性和仿真分析结论的合理性。