航天器的轨道确定是航天器完成其空间任务的重要基础,具有极其重要的意义。目前多数传统航天器所采用的导航方式已经能够实现较高精度的轨道确定。然而,随着航天技术的发展,深空探测、载人小行星探测等越来越成为航天领域的研究热点,与之相应的自主导航也受到越来越多的关注。由于缺少地面系统的参与,自主导航往往精度很低。因而,研究自主导航背景下的轨道改进技术具有重要的意义和研究价值。本文所采用的基于轨道动力学的航天器轨道改进方法,提出了“伪相对运动”和误差中和的概念,同时结合傅里叶变换和曲线拟合两种数据处理方法,可以在初定轨基础上实现定轨精度的进一步提高,主要内容包括以下几个方面:首先从控制系统的角度,验证了“伪相对运动”下的动力学系统,即圆/近圆轨道相对运动动力学方程、椭圆轨道相对运动动力学方程具有完全可观测性,从理论上证明了“伪相对运动”方法用于轨道改进的可行性。详细研究了圆/近圆轨道航天器的轨道改进方法。在圆/近圆轨道航天器轨道改进方法中,“伪相对运动”在无摄动条件下满足CW方程,在J2摄动条件下满足推导的摄动改进CW方程;在获得相对运动模型之后,对模型添加人工理想噪声以模拟真实初定轨下的噪声。基于对真实初定轨数据的分析,本文将噪声分为白噪声、常值噪声、系统异频正弦噪声和系统同频正弦噪声。分别研究了四种噪声单独作用和综合作用下的轨道改进情况。在完成对理想噪声的影响规律分析之后,利用本文所提方法对真实初定轨噪声数据进行处理,最终实现了真实噪声下的轨道改进。为进一步扩展本方法的应用范围,使本方法更具有通用性,研究了椭圆轨道航天器的轨道改进情况。与圆/近圆轨道航天器相比,椭圆轨道航天器的相对运动模型为单位球相对运动模型,考虑到数据处理的精度,相应的数据处理方法由曲线拟合方法代替傅里叶变换方法,同样将噪声分为白噪声、常值噪声、系统异频正弦噪声和系统同频正弦噪声,分别研究了四种噪声单独作用和综合作用下的轨道改进情况。仿真结果表明本文所提方法同样适用于椭圆轨道航天器的轨道改进。最后,研究了基于误差中和的轨道改进方法。基于“伪相对运动”的轨道改进方法借鉴了航天器相对运动的思想,本质上属于航天器相对运动的范畴,而基于误差中和的轨道改进方法,则利用了航天器的绝对运动。同“伪相对运动”一样,航天器轨道根数的时间变化趋势也满足一定的轨道根数递推模型,具体可以分为经典轨道根数递推模型和无奇异轨道根数递推模型。因此,同样结合曲线拟合的数据处理方法,从航天器的轨道根数数据中提取得到“轨道动力学”信息,进而通过反解方程,实现了航天器轨道确定精度的改进。