相对导航技术是编队飞行、空间攻防和交会对接等航天器接近操作任务的一项关键技术。本文结合国家安全重大基础研究项目的子课题“微型航天器自主生存的理论与方法研究”,根据近距离相对导航任务的特点,提出视觉/惯性组合相对导航工作模式,重点研究了多敏感器多速率信息融合等问题。基于微小卫星五自由度物理仿真平台(MicroSim平台)建立了相对导航物理仿真系统,并对本文所提出的相对导航算法进行了物理仿真验证。本文所取得的主要研究成果如下:首先,以交会对接最终逼近段为研究背景,针对近距离相对导航的特点,推导了基于共面四个特征点的单目视觉导航算法,对其误差进行分析,并进行了数学仿真验证。在单目视觉相对导航算法研究的基础上,针对单目视觉和惯性导航系统各自的优点与不足,研究了在近距离段采用单目视觉/惯性组合的相对导航方法。针对该组合导航模式所固有的多速率采样问题,提出了一种多速率卡尔曼信息融合算法。该算法将整个滤波过程分为量测更新和时间更新两个独立的阶段,选取快速率惯导系统的采样周期作为组合导航的滤波周期,在滤波时刻确定是否对慢速率视觉导航信息进行量测更新。理论分析和数学仿真均表明,该算法能够提高滤波器的数据更新频率,进而改善滤波器的性能,提高导航系统的冗余度。其次,基于微小卫星五自由度物理仿真平台(MicroSim平台),解决了视觉相机内外部参数标定、目标特征点光标设计及图像处理算法等多个关键问题,建立了航天器相对导航物理仿真系统,使该平台具备了对多种类型相对导航系统进行物理仿真验证的能力。最后,利用所建立的航天器相对导航物理仿真系统,对单目视觉相对导航算法以及多速率卡尔曼信息融合算法进行了物理仿真验证。并将仿真结果与数学仿真对比,验证相对导航算法的有效性,进而验证相对导航物理仿真系统的实用性。