本发明公开了星地通信测距一体化波形设计及信号处理方法，涉及星地通信测距领域；具体包括：针对地面站与目标卫星进行通信，同时产生通信波形和测距波形；目标卫星将两波形叠加，产生一体化波形S(t)发送，到达接收端后进行采样和匹配滤波，时延估计和时间同步；然后从同步后信号头部截取出CP序列，逐位和本地存储的CP序列进行相关运算计算多普勒频移进行频偏补偿，完成时频同步，并对时频同步信号进行信道估计，消除信道响应后的信号减去本地存储的CP序列得到通信波形，实现对一体化波形的分离，利用分离出来的通信波形得到通信数据；同时地面站利用时延估计值对目标卫星进行距离解算。本发明使用同一套收发设备，保证有效通信的同时提升频谱利用率。