本文对高精度VLBI(VLBI:Very Long Baseline Interferometry)测量技术及其在深空探测中的应用进行研究。VLBI测量技术既是深空航天器导航定位的重要测量手段，也是行星无线电科学研究的重要测量方式。对航天器的VLBI测量包括对单航天器的VLBI测量和对多航天器的VLBI测量。当多个航天器相互间角距离相对较小时，常可得到航天器间高精度的相对角位置信息。多频点同波束VLBI测量可获得高达数皮秒量级的相对角位置测量精度。但当相位噪声较大时，在解算差分相位整周模糊度时可能出现一定程度的相位周跳现象，导致相位中断，从而影响该算法在实时解算中的应用。在我国后续月面着陆探测任务中，存在月球车相对着陆器的高精度定位问题，由于设计、载荷等的限制，月球车星载信标源的设计受到一定的限制，在该种条件下获取高精度相对测量信息是需要解决的一个重要问题。火星的多探测器同时探测也是目前的一种重要探测方式，火星探测多探测器间的相对测量问题也是我们急需解决的关键技术。航天器间的相对测量常常与对主航天器的独立测量相互配合使用。主航天器上通常配有DOR信标，对DOR信号的处理，特别是对其相位模糊度的分析，是获取高精度群时延的关键。同时利用航天器的载波信号，可以提取载波信号的频率和相位信息。航天器测量的重要目的之一还是要用于导航定位。文中讨论了VLBI测量在我国探月任务中的定轨计算问题。逆VLBI技术是一项全新的测量手段，与传统的VLBI测量有很大的不同，它可以在更高精度水平上实现对行星自转等的测量，为行星探测科学提供新的测量手段。　　本文对上述几个方面开展了深入研究，取得的创新研究成果主要包含以下几个方面。　　对航天器多频点同波束VLBI测量数据处理方法进行了改进，改善了高相位噪声条件下的差分相位无模糊解算成功率。　　针对同波束VLBI观测的月球车定位问题，提出了新的差分相位计算方式和含微小系统差的差分相时延解算方法，并给出了相对定位解算技术，为后续实时解算差分相位时延奠定了基础。　　较为全面地讨论了火星探测器同波束VLBI观测技术及其相关问题，对星载信标源频率基准的选择进行了分析，对遥远距离条件下空间链路的计算进行了讨论，对多航天器火星探测测量技术进行了分析，这些分析方法和文中部分结论可以应用到我国后续的独立火星探测任务中。　　给出了DOR测量信号数据处理方法，分析了无模糊群时延解算条件;在对DOR多频点信号相位分析的基础上，给出了一种多航天器间差分相位计算新方法。该方法可应用于我国后续月面着陆探测和采样返回探测等探月任务中。　　给出了载波信号相位追踪的理论分析，提出了具体算法，并用火星探测器的地面跟踪数据处理对算法进行了验证;文中给出的从VLBI观测数据中直接提取多普勒与相对累计相位信息可应用于深空航天器跟踪数据的处理。　　研究了基于USB与VLBI测量的月球卫星轨道确定技术，探月卫星定轨应用表明，定轨方法可以很好地解决航天器的轨道确定问题，实现了USB与VLBI测量数据的有机融合。　　设计了逆VLBI测量系统;逆VLBI测量作为一项新的测量技术与VLBI测量技术有很大的不同，十分有利于行星科学探测，利于催生一批新的科研成果。　　本研究工作解决了深空航天器VLBI测量的部分关键技术，可供后续深空探测参考使用。