深空探测是人类航天活动的重要方向,对国家的科技、经济和社会发展有着重要意义。深空探测具有时间长、航程远和环境未知多变等特点,基于以上特点,深空探测需要采用高精度的自主导航技术。同时,单一的导航方法可能不能满足探测器对导航系统性能的更高要求,因此可以将某几种导航方式进行有效地结合,使得组合导航的系统性能能够优于子系统。天文测速测角组合自主导航具有无延时、自主性高等特点,非常适合深空探测。同时由于滤波方法在自主导航技术中也发挥着重要的作用,能够提高导航精度,因此对导航系统及其滤波性能的评估是不可或缺的。本文以深空探测中的火星探测为背景,通过设计并实现导航评估系统,对导航方法及应用于导航系统的扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)、无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)和无迹粒子滤波(Unscented Particle Filter,UPF)进行性能评估,并将评估结果以直观的图形界面显示用于分析比较。本文的主要工作内容有:1.研究了天文自主导航技术的原理,分析了导航系统的轨道动力学模型和量测模型。分析了多种滤波方法的原理与特点,并应用到了天文测速测角组合自主导航系统。2.针对自主导航系统,建立了一套性能评估体系,包括性能评估指标和综合评估算法。分析了精度、可用性、连续性和实时性这些评估指标的具体含义,为了综合考虑各评估指标,提出了层次分析-熵权法和效用函数进行综合评估,可以提高评估结果的准确性,更加全面、系统、准确地对导航系统进行评估。3.针对深空探测的项目背景,提出了导航评估软件平台,采用Qt框架开发,实现了导航滤波数据的接收,通过指标评估算法和综合评估算法对导航系统进行评估,然后将结果通过平台界面实时显示,同时提供了分屏、放大缩小等功能以方便对各滤波方法、导航方法进行对比分析。4.使用导航评估平台对火星探测巡航段的数据进行评估,得到各个评估基础指标的结果曲线,通过层次分析-熵权法和效用函数进行综合评估,对评估结果进行分析得出一致性结论。