量子信息论与传统技术的跨学科结合可使一些经典系统的性能得以提升,近年来已经成为电子信息、通信、计算机技术等众多分支领域的研究热点。量子理论与雷达探测技术相结合产生了量子雷达技术,有望改善雷达系统对目标的探测性能;量子理论与通信技术相结合则产生了量子保密通信,增强了通信信道的保密特性;量子理论与计算机技术相结合,则迎来了量子计算机的诞生,有望显著提升计算机的运算性能。卫星编队在性能、可靠性、灵活性以及成本等方面具有传统单颗卫星所不能比拟的优势,因此近年来有关它的研究成为热点。提升星间测距精度既可以提高卫星编队工作的稳定性,还可改善其空间任务的性能,因此提高星间测距精度对卫星编队具有重要意义。由于基于量子纠缠的测距技术可以突破传统测距精度极限,本文对应用于卫星编队星间距离测量的量子测距技术开展了研究,内容主要包括以下几个部分:1.本文分析出量子测距技术与卫星编队具有相辅相成的关系,即量子测距技术可突破传统测距的精度极限,从而满足卫星编队对提升星间测距精度的需求;同时卫星编队又能为量子测距技术中的关键步骤(量子纠缠分发)提供合适的平台。基于这两方面的考虑,确定了本文的研究重点,即将量子测距应用到卫星编队星间距离测量领域。2.为了使量子测距技术应用于卫星编队星间距离测量领域,本文提出了两种量子测距传感器,即两点式量子传感器和三角形量子传感器。基于常用量子测距技术设计了两点式量子传感器,分析了其测距原理和测距精度,发现两点式量子传感器需要引入额外的测距仪器(通常非常昂贵)才能测量星间距离d,从而降低最终的测距性能。于是本文设计了一种新型三角形量子传感器,它利用多星编队中的三角形几何结构来进行纠缠光子的分发,可抵消闲散光路的测量,从而解决两点式量子传感器的缺陷。3.针对目前有关量子测距技术的研究仅仅考虑静止目标的现象,本文研究了相对运动对量子传感器测距性能的影响,并提出消除上述影响的方法。研究发现在快速相对运动情况下,多普勒频移导致符合测量结果失效;在缓慢相对运动情况下,“累计时间效应”(即累计轮廓发生形变并拓宽)成为主要影响因素。同时发现可用模糊速度来衡量“累计时间效应”能否对测距精度造成影响,当相对运动的速度大小超过模糊速度大小时,累计轮廓的形变程度会导致测距精度变差,反之则亦然。经过深入的理论分析,本文发现引入一个随时间改变的延迟装置可消除上述两因素带来的影响。4.针对量子测距技术在低轨道长基线卫星编队任务中测距性能严重变差的问题,本文深入分析了导致它的根本原因并提出了解决方法。研究发现在低轨道高度和远星间距离的情况下,卫星编队之间存在较为快速的相对运动,导致信号光路和闲散光路在累计时间Ta内的距离差产生较大的改变,从而使测距性能变差。为解决上述问题,本文提出两种解决方法:缩短累计时间和引入时变的时延装置。当纠缠信号源采用一种共线非简并的0型自发参量下转换时,可以将累计时间由10 s缩短为0.126 s,此时的测距精度虽然得到改善,但距离预期还有一定的差距。在此基础上,引入时变的延迟装置可以使符合计数率不再随时间改变,从而彻底消除相对运动的影响。