正常情况下,导航电文中的卫星星历是由地面主控站每隔一定的时间上注给导航卫星的。如果地面系统长时间无法正常上注精密星历,卫星又不能自主更新星历,那么导航系统便失去其功效了。故导航卫星自主导航技术应运而生了。这种技术是指不利用地面系统实时上注的精密星历,而通过星间的双向测距和数据交换,而后经过一定的滤波处理,不断利用星间观测信息修正预报星历,由卫星自主地完成卫星定轨和守时的功能,以实现卫星导航系统能在一段时间内得不到地面支持的情况下依旧可以提供一定精度的导航功能。在平时,这种技术可以在我国定位站有限的情况利用星间观测的数据提高卫星定轨精度,提供更加优异的导航性能;在战时,可以增强导航卫星系统的保障。这是本课题研究的现实意义和学术价值所在。本文主要论述了星间观测体制的研究、星间观测的数据预处理方法研究、基于GDOP值最小化的选星方案研究、基于卡尔曼滤波的自主导航算法研究和地面以及在轨测试方案和结果。首先,因为星间观测与星间链路是密不可分的,或者,我们可以说,星间观测时建立在星间链路功能中的一部分。因此,对于星间链路的调研对于星间观测的研究是有很大借鉴意义的。星间观测体制包含有很多内容,其中有两点是具有先决性意义的,其一是观测频段的选择,其二是基于泛洪机制还是点对点机制。后文对此有一定程度的论述和总结。目前对于星间测距历元归算方法主要有两种,一种是基于多项式拟合方法,这种方法对采样精度要求较低,但运算量大,另一种是基于插值的归算方法,此方法运算量小但对采样精度要求较高。本文对星间测距数据中的历元归算进行了数据量和计算量减小的改进工作,采用动力学和星上积分器联合的方法取代传统的拉格朗日插值方法。从导航卫星到导航接收机的几何构性确定的定位精度最终表示为几何因子和伪距误差因子乘积的形式。一般地,将几何因子称作与卫星/用户集合布局相关联的几何精度因子(GDOP)。由于是乘积的形式,所以GDOP值对其定位结果的误差是一个乘积放大的形式,所以在进行定位解算的时候,尽量选择GDOP较小的卫星组合进行位置解算。现有的选星方法有:最佳选星法、准最佳选星法、几何优化法和模糊选星法。本文将对于地面GDOP值的计算公式扩展至星载接收机,并重新推导了GDOP值在星间场景下的取得最小值的公式,在此基础上对24/3/1的WALKER星座进行了选星方案的研究。通过仿真得出了一种基于GDOP值的最少卫星(4颗卫星)最优的选星方案。最后在这种模式下进行卡尔曼滤波处理,最后得到60天修正后的轨道误差约为8米左右。利用滤波处理技术,在没有地面更新星历的情况下,提高了卫星轨道的预报精度。本文的创新点如下:1对星间测距数据中的历元归算进行了数据量和计算量减小的改进工作,采用动力学和星上积分器联合的方法取代传统的拉格朗日插值方法。将单次测量的计算时间从21.0 10??秒减小到41.728 10??秒,降低了两个量级的计算时间,并且将归算精度提高到32 10??米。2将对于地面GDOP值的计算公式扩展至星载接收机,并重新推导了GDOP值在星间场景下的取得最小值的公式,在此基础上通过仿真构建了一个Walker星座,得出了卫星自主导航环境下的边界条件,并利用均匀采样和遗传算法求得了边界条件下GDOP最小值。通过生成的星历数据遍历整个星座求得该星座的GDOP最小值,验证了限定边界条件下的理论最小值的正确性。3通过仿真得出了一种基于GDOP值的最少卫星(4颗卫星)最优的选星方案。最后在这种模式下进行卡尔曼滤波处理,最后得到60天修正后的轨道误差约为8米左右。利用滤波处理技术,在没有地面更新星历的情况下,提高了卫星轨道的预报精度。从而表示,按照此中编号的卫星在组网初期进行分布就可以开始进行自主定轨的验证试验。