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作为新一代北斗导航卫星的核心关键技术之一，卫星自主运行可有效提升导航系统的性能，减轻和降低不必要的地面运行管理负担和潜在风险。自主导航定轨是卫星自主运行的重要内容。另一方面，全球导航系统对通过无地面支持情况下的星上自主开展天文导航有着迫切需求。在这些航天工程实际应用背景下，本文研究将星上的天文观测数据与卫星间的距离测量数据进行融合的方法，并对误差处理和提高定轨精度的途径开展了深入研究，主要工作如下: 1、针对北斗导航系统自主运行的需求，在国内外相关研究工作和本研究团队已开展的研究与实际工程应用基础上，对当前国内外的自主导航定轨技术开展了广泛调研。考虑星上计算和存储能力等工程约束，对MEO导航卫星建立了考虑简化摄动力学模型的运动方程，包含所涉及的时间系统和主要坐标系统以及相互转换关系。 2、开展了仅利用天文导航信息（星敏感器和红外地球敏感器）的自主定轨方法，建立了系统状态方程和观测方程以及卡尔曼滤波系统的数学模型。通过理论仿真分析了EKF和UKF算法对天文导航定轨方法的实现效果，并着重比较了二者在定轨精度和系统性能上的差异。进而，利用星上在轨观测数据对两种滤波方法分别进行了自主定轨，验证了方法的正确性和合理性。 3、天文导航定轨精度受到多种误差因素影响。首先定量化分析了系统的状态模型误差、星上敏感器的测量随机误差和系统常值偏差、周期性误差等对定轨精度的影响，发现系统常值偏差和周期性误差无法被滤波系统消除。其次，针对这两种误差提出了在轨标定方法，并通过理论仿真结果论证了有效性。之后，选取卫星在轨多个时段的敏感器观测数据，对天文导航算法、误差在轨标定方法进行了验证，表明了天文导航自主定轨方法的工程实用性、误差标定方法的有效性和时效性。 4、为进一步提升天文导航定轨精度，提出将导航卫星星座星间链路获得的星间相对距离测量信息，与天文导航的天文观测信息进行有机融合，实现卫星自主定轨精度的有效提升。仿真结果表明，加入星间测距信息之后，可显著减小天文导航的定轨误差，提高自主定轨精度。