导航定位技术是深空探测任务中的关键技术之一。当前,航天器的导航信息大多通过地面测控系统提供。然而,较大的通信延迟使深空航天器无法实时获得导航信息;在轨深空探测器的日益增多也极大增加了地面测控系统的负担。为了降低运营成本,提高航天器的自主性与生存能力,设计深空航天器的自主导航系统十分必要。空间技术水平的提高使在轨运行的深空探测器越来越多,它们之间形成了一个庞大的行星际通信网络,也可以称之为星联网。本文对基于星联网的航天器自主导航进行了如下研究:1、阐述了星联网的概念,提出了基于星联网来实现航天器自主导航的方法,并对星联网的应用体系进行了设计。针对星联网中航天器的状态估计问题,提出了整网估计与分布式估计相结合的状态估计方法。并以地月转移任务为例,设计了星联网在地月空间的应用方案。分析了地月空间基准航天器的空间配置方案与自主导航方法,阐述了用户航天器的单层与多层导航策略,并通过仿真表明基于星联网的航天器自主导航的可行性。2、研究了星联网的误差传播机理。星联网中的误差可以分为两大类,一类是脉冲星在实现基准航天器导航时的系统误差,另一类是用户航天器导航时接收到的上一层航天器定位误差。针对第一类误差,从航天器差分观测脉冲星实现自主导航的原理入手,分析了差分观测脉冲星在削弱脉冲星的系统误差的有效性;对于第二类误差,利用协方差分析描述函数法对星联网系统的误差传播机理进行了分析,并通过扩展状态法对上一层航天器的定位误差进行了补偿。3、研究了星联网的优化配置方法。首先对基准航天器与用户航天器的导航可观测性进行了讨论,从理论上说明了星联网的可行性。为了充分利用数量有限的基准航天器,进一步优化基准航天器的构型,通过Fisher信息阵对基准航天器在不同动力学环境下的构型进行了分析与评估。仿真表明Fisher信息阵指标的大小与基准航天器的定位精度具有一致性,Fisher信息阵可以作为星联网的一个评估标准。星联网可以基于Fisher信息阵指标进行优化配置,实现网络中航天器的高精度状态估计。论文的工作与研究成果为基于星联网的航天器自主导航提供了一个框架,可以为我国构建天基自主基准导航系统提供一些思路。