如今小天体探测已经成为深空探测中的重要项目,对于发展太空经济,验证深空探测技术有重要意义。小天体探测中面临着仅依赖惯性导航无法实现精确导航着陆的问题,故而研究基于视觉的地形相对导航方法变得尤为重要。在选定的一系列导航点上使用地形相对导航方法对探测器位姿进行计算,用于修正惯性导航的误差,可以有效辅助探测器实现精确着陆。本文首先介绍了地形相对导航方法,分析了它们各自的优缺点。然后针对小天体真实影像数据少,获取困难等问题,提出了基于CINEMA 4D的小天体探测下降着陆段视觉导航仿真平台,用于生成仿真的小天体图像以及相机位置真值,用于导航实验验证。阐述并实现了利用小天体三维重建数据,选取下降着陆规划图像和导航点,基于观测图像和规划图像匹配的地形相对导航方法。本文主要分为两部分:图像特征匹配和外方位元素求解。1)对于选定的导航点和下降着陆规划图像,将其与在导航点进行探测器下降着陆段飞行时拍摄的观测图像提取SIFT特征并进行匹配。针对依靠特征描述子相似性进行匹配存在错误匹配的情况,提出了使用图像几何约束的方法对错误匹配进行筛选,构造了对极几何约束和单应性约束。针对实际存在的当规划图像和观测图像尺度差距大,匹配效果不好的情况,提出了基于双线性插值的图像缩放来减小两者的尺度差距。针对近距离成像时,单应性筛选后匹配点可能过于集中的情况,提出了二次单应性筛选的方法来保留更多的匹配点,使得匹配点的分布范围扩大。2)对于已经匹配完成的特征以及其对应的来自三维重建模型的三维数据,使用单像空间后方交会法计算相机外方位元素,实现地形相对导航。并且对地形相对导航的精度及其对观测数据的依赖性进行了分析。实验结果证明,本文提出的方法可以有效实现小天体地形相对导航的功能。