由于空天飞行器所执行飞行任务的隐蔽性和特殊性,其导航系统应当具备高自主性和高可靠性。惯性/天文/卫星组合导航以其高精度高自主的特点,在空天飞行器导航技术的相关研究中备受关注,是未来空天飞行器的主要导航方式之一。惯性导航自主性强,但是长时导航精度不高;天文导航虽然具有很高的定姿精度,但是定位精度有限;卫星导航虽然具有很高的定位精度,但是抗干扰能力弱,除北斗外的导航系统受制于人,战时安全性和可靠性低。为此,本文针对惯性/天文/卫星这一典型的组合导航系统,研究了空天飞行器起飞前的全自主初始化及上升段高自主高可靠的组合导航算法,提升了导航系统全自主隐蔽初始化能力,改善了惯性/天文组合导航性能,增强了加密卫星导航信号条件下的惯性/卫星组合导航能力,为空天飞行器高自主高可靠导航系统的实现提供理论基础。首先,针对导航系统全自主隐蔽初始化的需求,采用惯性/天文互助的方式实现惯性导航系统位置与姿态信息的初始化。根据加速度计输出实现水平姿态的粗确定;将该水平姿态作为星敏感器的水平基准,采用多圆交汇迭代算法实现天文初始定位。结合该位置信息,利用双矢量定姿原理实现包括航向与水平在内的姿态粗对准并作为精对准输入,设计多位置对准算法实现姿态精对准,并估计出惯性器件误差对陀螺、加速度计进行修正。利用修正后的惯性器件输出重复前述初始化过程,采用迭代的方法提高全自主初始化精度。最终基于星敏感器安装误差模型确定水平安装误差,同时消除定位结果中的安装误差,提高定位精度。然后,针对天文定位精度不高的问题,提出航迹辅助平滑天文定位观测值并实现组合导航的方法。根据先验航迹曲线特征选择合适阶数的拟合多项式,对天文定位信息进行实时多项式拟合去噪,抑制随机测量误差,保证定位结果的精度。将天文输出的高精度姿态信息及拟合平滑后的位置信息作为量测量,基于状态扩充法实现导航系统模型的重建,实现高精度惯性/天文组合导航。此外,针对导航系统意外断电的情况,提出航迹辅助的导航参数准确恢复方法。设计匹配算法找到与断电前导航数据对应的航迹,结合插值细分的方法提高匹配精度;设计补偿算法结合航迹增量确定上电重启时刻的导航信息。最后,针对民码信号遭遇关闭或者限制使用的问题,提出基于他方加密导航信号的惯性/卫星组合导航的理论方法和系统模型。以无码载波恢复技术为前提,根据平方消码原理从加密信号中提取载波相位。根据卫星测相伪距方程分别建立消除整周模糊度和保留模糊度的量测模型,将载波相位作为量测信息,与惯导系统相结合,利用卡尔曼滤波实现导航参数的估计。并利用卫星信号模拟器和卫星接收机搭建半物理实验平台,充分说明了算法的可行性与可靠性。本文提出的组合导航算法可以在保证空天飞行器导航系统自主性的同时提高导航精度,为目前导航系统在自主性和精确性方面的欠缺提供了一种解决途径。