从提高导航卫星自主运行能力和解决卫星自主定轨与时间同步工程实际问题出发,确定一整套满足实际工程要求与约束的自主运行算法,为建设我国北斗卫星导航系统自主导航提供重要支撑。本文主要对导航卫星自主运行的定轨算法与时间同步工程化的关键技术进行研究,最终使得导航卫星自主运行算法满足实际系统约束。因此,将如何实现导航卫星可靠的、稳定的、资源占用少的自主运行算法作为本文研究的基本问题。研究工作主要从以下三个方面开展:(1)针对如何提高定轨结果的可靠性,本文考虑导航卫星在轨运行的环境以及约束条件,首先根据星间双向测距的特点,给出基于简化动力学的星间观测数据归算方法。然后针对工程实际中观测数据和它星动力学信息可能存在的异常值问题,提出基于先验动力学信息的异常值剔除方法。并用半实物实验验证整套算法的可行性与有效性。(2)为了保证导航卫星自主定轨算法的可靠性,本文对Kalman滤波定轨的鲁棒性与稳定性进行了分析,即研究了状态参数、模型噪声方差初始值对轨道状态参数估值的收敛性以及精度的影响,并给出了定轨滤波模型噪声的估计方法和定轨滤波发散的判定条件,以及滤波发散的抑制方法。从而确定地面站上注滤波参数初值范围,以及通过自适应的调节滤波参数估值误差的协方差矩阵来增强距离测量量的修正作用,使定轨滤波发散得到抑制,增强定轨算法适应能力。(3)为了降低导航卫星星历更新时星载计算资源,本文在保留原有接口不变的基础上,如何实现星历自主更新算法也是本文研究主要内容。星地接口协议保留广播星历18参数,根据18星历参数的特征,即摄动项包括长期项与短周期项,设计了6种更新方案,利用导航卫星自主定轨的轨道参数修正地面上注星历参数。本文主要针对导航卫星自主运行工程化的实际问题进行研究,并且论文研究部分成果已经应用到实际系统。因此,本课题研究在我国“北斗-II”导航系统自主导航建设初期具有重要指导意义。