自主导航与制导技术作为行星探索任务的关键,直接影响了着陆器精确着陆及行星车进行实地科学考察的实施效果。随着深空探测任务的深入,传统自主导航方式已无法满足行星着陆任务及后续巡视漫游导航任务的精度要求,视觉信息能够提供探测器的绝对位姿信息,对提高行星探测任务的导航精度及任务灵活性具有重要意义。本文以小天体深空探测下降段为背景,首先基于传统视觉导航方案设计了基于固定特征库的视觉导航方案,并以“隼鸟二号”任务的图像数据对其导航精度与所存在的不足进行了分析评估。针对探测器在下降过程中因图像尺度等因素变化导致的特征匹配困难的问题,本文研究了一种基于天体三维模型的视觉导航方案。该方案将传统视觉导航方案中的二维导航地图替换为目标天体或目标区域的三维模型,在小天体下降过程中,根据估计的探测器位姿,基于三维模型在线生成导航参考图像并与下降阶段真实导航图像进行特征提取与匹配,由此生成的导航参考图像与真实导航图像之间的位姿和尺度差异较小,因此能大大降低导航特征提取与匹配的难度。最后本文以视觉导航的位姿估计为观测量,设计导航滤波器融合状态递推信息,对视觉导航方案的精度进行了评估。