无陀螺捷联惯导系统是指不用陀螺来测量载体的角速度,而是通过用多个加速度计分别测量载体非质心处的比力,并合理配置这些加速度计的空间位置,组合解算出载体角速度和线加速度,从而得到惯性导航的全部参数。它不仅具有惯性导航自主性强的特点,还具有成本低、可靠性高、功耗低、寿命长、体积小、反应快等优点。随着微加速度计技术的不断发展,无陀螺捷联惯导系统必然成为低成本惯性导航系统的主流。本文将无陀螺捷联惯导系统应用到航天器上,要在理论上解决应用中出现的一些问题,实现其对航天器的自主导航功能。本文具体研究内容包括:针对无陀螺捷联惯导系统在航天器上应用时不能保证安装在载体质心处的情况,引进加速度计组合坐标,建立非质心处的比力方程,从而使得无陀螺捷联惯导系统可以安装在航天器上的任意位置,这样在一定程度上提高了无陀螺捷联惯导系统的实际应用能力。研究无陀螺捷联惯导系统的配置方案及角速度解算方法。首先阐述加速度计配置基本原理,在此基础上提出一种十二加速度计配置方案,推导每个加速度计的比力输出方程;其次分析传统的角速度解算方法,根据本文实际应用情况提出基于四元数的开方法来解算角速度,并在此基础上设计卡尔曼滤波器,对角速度滤波来提高角速度的精度;最后对各种角速度解算方法进行数值仿真,并对仿真结果进行分析。针对无陀螺捷联惯导系统不安装在载体质心处的情况,本文提出一种基于无陀螺捷联惯导系统的在轨航天器质心标定算法。首先根据一定条件对航天器上加速度计输出进行简化分析,再结合航天器上加速度计测量组合解算出来的角加速度和角速度,利用扩展卡尔曼滤波算法估计出航天器质心参数,最后对该算法进行数值仿真验证,并对仿真结果进行分析。针对无陀螺捷联惯导系统导航精度较低的情况,本文提出无陀螺捷联惯导系统/GPS/星敏感器组合导航方案。首先分析无陀螺捷联惯导系统的误差,在此基础上建立无陀螺捷联惯导系统误差模型;然后建立无陀螺捷联惯导系统/GPS组合子系统和无陀螺捷联惯导系统/星敏感器组合子系统状态空间模型,采用NR结构设计联邦滤波器;最后分别对无陀螺捷联惯导系统独立导航和组合导航系统导航进行数值仿真,并对仿真结果进行分析。