近年来,天文导航以其自主性强、精度高、成本低廉等特点在航天领域得到越来越广泛的应用,成为航天器自主导航的一种重要方法。本文以近地轨道卫星为研究对象,着重研究了基于多姿态敏感器的卫星自主天文导航方法及非线性滤波方法在卫星自主导航系统中的应用,并对自主导航算法的DSP实现、DSP计算结果的实时图形显示等问题进行了研究。本文研究的主要内容有:(1)针对近地轨道卫星,在J2000.0地心赤道惯性坐标系下,综合考虑地球形状摄动、大气阻力摄动、日月引力摄动和太阳光压摄动等因素,建立了较为精确的卫星轨道动力学模型。(2)针对卫星上同时配备有太阳敏感器、地球敏感器和星敏感器的情况,研究了利用姿态敏感器测量信息进行自主天文导航的方法,分别基于扩展卡尔曼滤波和Unscented卡尔曼滤波两种非线性滤波算法设计了导航滤波器以确定卫星在轨的位置和速度。为验证导航方案的可行性及导航算法的性能,本文进行了数学仿真,对两种滤波算法的性能进行了比较分析,并着重讨论了采样周期和敏感器测量精度对导航系统定轨精度的影响。(3)研究了自主导航算法的DSP实现问题。采用C语言和汇编语言混合编程的方法将自主导航算法从PC机移植到DSP集成开发环境CCS中,通过JTAG接口将算法程序加载到TMS320C6713芯片。仿真实验时,一台PC机以固定的采样周期通过RS232接口向DSP芯片传输敏感器测量数据,DSP在接收到所需数据后驱动导航算法进行实时的解算处理。仿真实验证实了该方案的可行性,其结果表明使用DSP芯片实现自主导航算法具有运算速度快、计算精度高等特点,能够很好的满足导航计算机的要求。最后,使用LabVIEW软件编程解决了DSP计算结果以图形化的方式实时显示的问题。