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全球卫星导航系统已成为制约国家安全和经济利益的战略制高点，传统卫星导航系统运行体制以地面监测站为核心，这种方式不仅使星地间的信息传输量过于庞大，而且过多地依赖地面测控，存在潜在危险。地面监测站在战时易被摧毁，这样可导致整个系统瘫痪。随着军事斗争向导航领域扩展，导航战需要进一步地增强导航能力，提高系统顽存性。解决区域卫星导航局限性，发展星间链路，实现导航星座间的组网，依托星间链路技术在空间建立测控网络是卫星导航系统进一步发展的必然趋势，这也是新一代卫星导航系统实现星间双向观测和星间数据传输的新工作模式。
建立星间链路可弥补卫星导航系统两方面的不足：①单颗卫星覆盖范围有限，若无其他卫星，难以实现全球覆盖；②单颗卫星的可持续连接和通信时间很短，无法一次性完成导航信息传输。星间链路可实现卫星导航系统的空间组网，不仅实现了信息的快速传递，而且极大地节省了地面站系统的庞大费用开支。除此之外，导航卫星星间链路还包括轨道类型不同的星间链路，即运行轨道高度不同的卫星间星间链路。毫无疑问，为提高系统完好性，获取更短的告警时间，星间链路是一条可行之路。
通过星间链路可以实现卫星之间的信息传输和交换。通过星间链路可将多颗卫星互联在一起，形成一个以卫星作为交换节点的空间通信网络。星间链路可使星座中任意两颗卫星在无地面支持的情况下，保证卫星导航系统正常工作，卫星必须单独完成星间测距、星间信息传输、星上数据处理等工作。导航系统星间链路是通过无线电发射与接收设备，实现导航卫星之间双向测距和数据交换的星载系统。通过空间链路不仅可利用星间精密测距，改善地面定轨网络在几何布局上的限制，提高导航卫星定轨和时间同步精度，还可利用星间数据传输提高导航星历的更新频度，大幅提高卫星导航系统性能水平。建设星间链路能克服国土面积局限和海外建站受限等困难，通过星间链路在导航卫星间建立联系，导航卫星空间段不再是孤立的卫星组合，而是相互协调的一个整体，通过地面链路配合，整个系统控制段和空间段成为一个全天候、全天时无缝网络。美国第一、第二、第三代跟踪与数据中继卫星在S、Ku、Ka三个频段上实现其星间测控通信链路。美国66个铱星星座实现了Ka频段的星间链路系统，该铱星轨高为780 km，分布于6个极轨轨道上，在每一个轨道面内有11颗卫星。采用Ka频段的相控阵天线，在每颗卫星上有4个星间链路，其频率为22.55～23.55GHz。GPS是最先在导航卫星星座中实现星间链路的，开始于GPS-Block-IIR，其星间链路工作频率为250～290 MHz，在地面测控系统的支持下，采用TDMA实现双向测距和数据交换，可在180天内无地面支持的情况下，给用户提供小于6 m误差的定位服务。GPS-Ⅲ除了保留UHF星间链路，还增加了Ka频段和V频段的星间链路。2017年11月5日，北斗三号第一、二颗组网卫星在西昌卫星发射中心成功发射，开启了北斗卫星导航系统全球组网的新时代。BDS上使用Ka频段的星间链路。北斗星间链路采用Ka频段相控阵天线，在天线指向控制、星间网络拓扑、星间通信协议和空间测距精度要求方面都取得了突破性进展。
星间链路有两种：①同一轨道高度卫星（LEO/LEO和MEO/MEO）之间的星间链路；②不同轨道高度卫星（GEO/LEO和MEO/LEO）之间的星间链路。
下面我们以GPS-IIR-M卫星上的UHF星间链路天线为例，说明星上宽波束星间链路。GPS-IIR-M卫星上有10根螺旋天线，其中1根为发射天线，9根为接收天线。接收天线是由8+1根四臂螺旋天线组成的圆环平面接收阵列。GPS卫星上的导航发射天线和UHF星间链路天线如图1-14所示，该图展示了其在卫星体上的布局，图中还穿插着由4+8个锥-柱螺旋天线阵元组成的L频段导航发射天线。
图1-14 GPS卫星上的导航发射天线和UHF星间链路天线
GPS的Block-Ⅱ系列卫星采用宽波束的UHF频段星间链路，采用TDMA方式，每颗卫星分配1时隙，每时隙长1.5 s，轮流发送信号。在轨工作的24颗导航卫星均在所分配的不同时隙内发射双频测距信号，36s可对星座所有卫星轮询一遍，该时间被定义为1帧。在数据帧期间，每颗其他所有可见的导航卫星接收测距信号，完成伪距测量；每颗卫星可与8～16颗卫星进行双单向的相对测量，以实现星间测距和时间同步，以大约14 kbps的传输速率进行星间时分轮询广播方式的星间数据传输，完成核爆探测、遥测遥控、星间数据传输。在数据帧期间每颗卫星在其所分配的时隙里发射与自身相关的数据，采用双频模式消除电离层效应的影响。GPS II-R星间链路工作频段为250～290 MHz的UHF频段，在进行测距和通信时，星座中只允许1颗卫星发射信号，其他所有卫星处于接收状态，所有卫星依次轮流发射信号。在测距模式下，系统使用直接扩频方式发送测距信号，测距频度可由GPS地面控制段在15 min、1 h、2 h、3 h、4 h、6 h中选择。在通信模式下，系统使用跳频方式发送通信数据，跳频间隔为20 ms。
由于UHF频段的地面通信活动增加，易受严重干扰，未来GPS-Ⅲ中将使用抗干扰更强的Ka频段，星间链路采用Ka频段（ f =22.55～23.55 GHz）、V频段（ f =59.3～64 GHz）或激光频段建立精确指向的星间链路，以满足星间精密测距和高速信息传输需求。2005年美国国防部专家咨询委员会指出：GPS现有星间链路所采用的UHF频段，由于近年来地面该频段通信活动的增加，正经受日益严重的干扰。因此，在未来的GPS-Ⅲ中，已明确将增加抗干扰能力更强的Ka频段或V频段定向波束星间链路。Ka频段和V频段频率集中在20～60 GHz，高频载波条件可以提供较高的通信速率，有利于提高星间网络容量，更容易获得较强的抗干扰能力。由于导航卫星轨道高度通常在20000 km以上，在卫星之间建立点波束信号连接，信号辐射范围都远远离开地面，因此星间信号很难或者不可能受到来自地面的信号干扰。另外，在点波束条件下星间组网灵活，点波束星间链路可以通过空分多址方式控制卫星信号收发，星载相控阵天线可以实现卫星波束方向的快速变化，为组建更加灵活的星间网络提供条件。
1颗卫星形成的Ka频段天线点波束瓣宽约为3°，当采用2颗卫星建立星间链路时，首先需要进行天线对准，星间链路还需要不断切换，将其与高速上行、下行链路结合，使主控站连接1颗卫星即连接整个星座，实现GNSS星地一体化。GNSS星座自主运行模式如图1-15所示，按照这种设计方式，每颗卫星可建立3～4条星间链路，由于任何时刻至少有1颗卫星连到主控站，主控站能对整个星座进行实时状态监视和指挥控制。
中国发射的新一代北斗卫星—第18、19颗地球中圆轨道卫星首次建立了星间链路，这是具有数据传输和测距功能的无线链路。有了星间链路，就不需要全球建立地面站了，通过星间链路将星座中所有卫星连接起来，采用星上电子综合分系统代替卫星数管系统。星间链路要解决的问题有：①星间链路指向变化；②星间链路天线的指向控制；③星间链路子网信息交换路由选择；④星间激光链路PAT（瞄准捕获跟踪）。
图1-15 GNSS星座自主运行模式
我国的BDS采用了Ka频段的自适应相控阵天线，其星间链路包括接收机、发射机、捕获跟踪子系统（负责使星间链路两端天线相互对齐并将指向误差控制在一定误差范围）和天线子系统（Ka频段扫描多波束相控阵天线），采用的新测控技术包括：① CDMA扩频测控体制，实现一站对多星同时测控或多站对多星同时测控；② Ka频段多波束相控阵天线技术（星间链路相控阵天线主要应用宽角扫描技术、波束指向网络拓扑、星载T/R组件等新技术）；③综合基带与软件可重组技术。Ka频段的星间链路是我国BGS-Ⅲ的一个亮点。UHF广播宽波束天线与Ka相控阵点波束天线在星间链路中的性能比较如表1-3所示。
表1-3 UHF广播宽波束天线与Ka相控阵点波束天线在星间链路中的性能比较
目前，导航星座星间链路采用跳频通信体制。跳频通信体制作为扩频通信的一种，具有易于实现CDMA、被截获概率小、抗干扰能力好等优点。跳频系统具有与直接序列扩频（DSSS）通信系统类似的优点，DSSS已被广泛应用，跳频通信作为导航星间链路的一种通信系统方案也逐渐地被应用。