随着现代卫星技术的不断发展，首先，大体积的全功能卫星已经不能满足现代飞行任务的成本低、可维护性高、灵活复用的要求。其次，随着对分辨率、灵敏度日益增长的精度要求，用单颗卫星完成高精度要求的空间任务，不可避免的会增加单颗卫星的体积、复杂性及研制费用等。因此，小卫星在这一大环境下被提出用来满足现代航天飞行任务。小卫星具有成本低、性能好、可靠性高、适应性强、研制周期短等优点，但单颗小卫星的功能受到限制，多颗卫星组队执行空间任务是一件非常有意义的事，它可以完成某些大卫星难以或无法完成的任务。分布式小卫星为了实现星间精密定位，采用一种切实可行的测量体制显得尤为重要，针对此，本文研究了编队小卫星之间精确测量定位的几种体制，包括单程测量、双向单程测量（KBR），并详细介绍了单程测量、KBR测量体制的测距原理，分析其优缺点，在其缺点的基础上为得到改进，提出双向异步非相干测量。另外，分布式小卫星能够协同工作完成航天任务的关键技术在于卫星自主导航，这项技术是各国研究的热点。实现卫星自主导航的关键因素是时间同步，保持卫星空间构型的重点是星间基线的精密测量，因而提高时间同步与星间基线测量精度正是本文讨论的重心。针对上述问题，论文提出一种基于多普勒频移计算卫星钟差的方法，从而校正卫星时钟，提高时间同步精度，实现高精度测距与测速。通过MATLAB行进建模仿真论证该方法的可行性，评估系统性能，分析各种器件噪声对于测量精度的影响，研究如何消除或减小噪声对测量的影响。通过MATLAB行进建模仿真论证该方法的可行性，结果表明：采用本文论述方法测量基线在长时间运行下伪距测量值能维持高精度，最差情况能达到1厘米的测量误差，实现了0.1ns级基线测量精度；测速精度能达到毫米量级，并且该结论与理论推导相一致；卫星钟面时与地面站标称时间的钟差能维持在一定范围内，不会持续累加，因此采用此方法能够防止卫星钟漂，而将卫星时钟与地面时钟同步到一定范围，也不需要频繁与地面站交换时钟信息，该方法能很好的运用到组队卫星在执行一些深空作业且地面站监测不到卫星的情况下。