地基测控系统是我国航天测控系统的重要组成部分,目前主要通过传统误差标校方法对地基测控系统的测量误差进行标定和校准,以保证地基测控系统的测量精度。传统标校方法主要存在两个方面的问题。首先,标校后的测量残差仍然较大,其中测距的系统误差的残差达10米以上,测速的系统误差的残差达5cm/s以上。其次,传统标校方法属于近距离、低动态或静态标校,难以反映真实动态场景的实际误差变化情况。针对传统标校方法存在的缺点,本文提出了基于星地差分GPS技术的地基测控系统测量误差标校新方法。该误差标校方法采用装载了星载GPS接收机的皮纳卫星作为标校卫星平台,该接收机与装载于地面测控站的GPS接收机形成差分测量系统,为地基测控系统提供测量误差标校服务。围绕该误差标校方法,针对星地间存在的高动态相对运动、星地间共性误差相关性弱和载波相位模糊度固定等关键问题,本文研究了基于差分GPS技术的实时和事后星地基线测量算法,并在此基础上建立了地基测控系统测量误差模型及其求解方法,得到高精度的误差标校结果。采用星载双频GPS接收机和SPIRENT导航信号模拟器构建了地面半实物仿真平台,对基于星地基线测量的地基测控系统测量误差标校方法进行了仿真验证。本文的主要工作如下:(1)针对传统误差标校方法的缺点,提出了星地基线测量方法及地基测控系统测量误差标校方案。建立了地基测控系统测距和测速误差模型及其求解方法。(2)针对GPS星地差分基线测量应用场景下的观测误差处理问题,量化分析了星历误差、电离层延迟及对流层延迟等误差源在星地双差观测值上的等效距离误差,并给出了各误差源的改正方法。在此基础上,采用相对定位精度因子对星地基线测量精度进行了评估。(3)系统研究了 GPS接收机数据质量分析与控制方法。提出了基于观测仰角、伪距LG组合差分量的伪距粗差探测方法,该探测方法可适用于不同类型接收机的伪距粗差探测。分析了 TurboEdit改进方法的周跳探测能力,该改进方法能准确探测出1～2周的小周跳。分析归纳了 GPS接收机的钟跳类型,提出了基于接收机钟差估计的钟跳探测与修复方法,该方法可修复接收机的毫秒级钟跳,使伪距观测和载波相位观测保持一致性。鉴于传统的载波平滑伪距方法易受电离层延迟的影响,推导了基于电离层估计的载波平滑伪距新方法,通过该方法平滑后的伪距不会出现偏移现象。(4)研究了事后星地基线测量算法,以及相应的地基测控系统测量误差标校方法。以抗差自适应扩展卡尔曼滤波算为滤波策略,推导了抗差自适应因子和观测噪声的等价方差-协方差矩阵的求解方法。在星地基线测量算法中,建立了星地相对动力学模型及接收机观测噪声的动态跟踪模型,提出了基于LAMBDA算法的逐级模糊度固定策略,给出了用于提升星地基线测量精度的固定区间平滑算法。通过半实物仿真对基于事后星地基线测量的地基测控系统测量误差标校方法进行了验证。结果表明,事后基线测量的相对位置精度(3Drms)为17cm以下,相对速度精度(3D rms)为1mm/s左右。通过事后标校,地基测控系统测距的系统误差的残差降低到15cm左右,测速的系统误差的残差降低到1cm/s以下。(5)研究了实时星地基线测量算法,以及相应的地基测控系统测量误差标校方法。分析了实时星地基线测量算法和事后星地基线测量算法的不同之处,给出了实时星地基线测量中对流层延迟的估计模型。通过半实物仿真对基于实时星地基线测量的地基测控系统测量误差标校方法进行了验证。结果表明,实时基线测量的相对位置精度(3D rms)为1m以下,相对速度精度(3D rms)为3mm/s左右。通过实时星地基线标校,地基测控系统测距的系统误差的残差降低到40cm左右,测速的系统误差的残差降低到1cm/s以下。综上,以皮纳卫星为标校卫星平台,本文基于实时和事后星地基线测量算法对地基测控系统测量误差标校方法进行了深入研究,并开展了地面半实物仿真验证。研究结果表明,事后标校时,测距的系统误差的残差降低到15cm左右,测速的系统误差的残差降低到1cm/s以下。实时标校时,测距的系统误差的残差降低到40cm左右,测速的系统误差的残差降低到1cm/s以下。