近年来，随着航天技术的发展，外层空间已经成为人类活动的新疆域，空间已经逐渐成为维护国家安全和利益的新军事制高点，而空间机动能力是实现这一目标的基础。因此，进行轨道机动飞行器的自主快速机动控制技术及其工程实现研究，就具有重要的意义。本文对轨道机动飞行器组合导航方案、模型和算法进行了研究。主要内容包括： 首先针对空间轨道机动飞行器机动飞行中比力不为零的特点，提出在机动飞行器上采用捷联惯导的设想，并给出了捷联惯导的导航算法及误差模型；由于空间机动飞行器飞行时间长，而惯性系统的导航精度随着飞行时间的增长逐渐下降，因此无法单独使用，必须同其它导航方式进行组合，构建组合系统使用。本文通过分别对单独导航系统工作原理和特点的分析，提出了卫星／天文／惯性组合导航系统应用于空间机动飞行器的模式及算法：即以惯性器件为主，用卫星导航系统提供的长期高精度位置、速度信息或伪距、伪距率信息，以及天文系统提供的长期高精度“姿态”信息对惯导系统的误差进行估计，来提高惯导系统的导航定位及定姿精度；选择卡尔曼滤波器作为组合导航滤波器，完成了卫星／惯性组合导航系统滤波器的设计；给出了天文／惯性组合导航系统卡尔曼滤波器的状态模型和观测模型；最后融合卫星／惯性、天文／惯性组合系统，形成卫星／天文／惯性组合导航卡尔曼滤波器；并以典型算例验证了卫星／天文／惯性组合导航系统的性能。 研究结果表明：卫星／惯性采用位置、速度组合模式，可以得到较为稳定的位置和速度信息，适中的姿态精度信息；天文／惯性采用姿态组合模式，初期可以得到较好的姿态信息，但随着飞行时间的增长，位置误差的逐渐增大，姿态精度渐渐变差；卫星／天文／惯性采用位置、速度、姿态组合模式，可以得到较好的位置速度和姿态估计信息。机动期间采用卫星／天文／惯性组合可以充分发挥惯性连续输出的优点，避免卫星、天文不能连续定轨的弱点，从而获得可靠的导航精度。因此，卫星／天文／惯性组合系统在机动飞行中具有较好的可行性和可靠性。