为了人类可持续发展的需要,深空探测成为了航天活动的主要研究内容。火星上水源的出现,给人们寻找火星生命带来了希望,所以火星探测成为深空探测的主要研究内容,而导航方法和导航滤波算法是火星探测的两个主要研究内容。在深空探测导航中,传统的导航方法都有自己的适用范围,这些方法或没有自主性、需要地面支持、或者需要航天轨道动力学。红移导航利用太阳天体作为信息源和光源,航天器在惯性坐标系下的飞行速度由实时光谱红移测量得到,进行航天器自主导航。导航滤波方法能够弥补硬件中存在的一些问题,使得导航性能得以改进。传统的粒子滤波在实时性方面很差,所以本文提出一种改进的单形粒子滤波算法,在计算负担上是一种不错的选择。本论文主要对导航系统与导航滤波方法的选取进行研究。首先,考虑到深空环境中的光信号是长期自然稳定存在的,并且很容易被探测器检测到。本文利用太阳天体作为信息源和光源,运用太阳系中的导航天体光谱红移量获取指向导航天体的径向速度作为观测量,然后根据此原理建立红移导航系统模型。然后,考虑到导航滤波算法的精度和实时性。提出了改进的单形无迹粒子滤波(SMSSUPF)算法,首先在典型非线性方程中验证其性能。单形无味粒子滤波通过减少sigma采样点进而降低了计算负担,同时引入参数?,?,?控制采样点到中心点的距离,克服了sigma点集分布扩张,调节这些参数解决了非局部效应问题。尤其当量测模型噪声协方差或者状态噪声协方差改变时,改进的单形粒子滤波(SMSSUPF)的精度在本文的仿真中得到很大提高。最后,将提出的另一种改进单形无迹粒子滤波算法(SSSUPF)应用于红移导航系统中,并用计算机进行模拟仿真,仿真结果表明:相比于传统的无味粒子滤(UPF),计算负担降低了31%;而且改进的粒子滤波的精度、连续性、可靠性与之相当。