月球极地地区由于其特殊的位置环境和科学探测价值,已经成为新时代月球探测的重要方向。而载人月球探测是一项复杂的系统工程,与无人探月相比,规模更大、要求更高、影响更加深远,其顶层任务规划设计需要对轨道方面的问题进行深入研究论证。本文以载人月球探测为背景,对极地探测任务的轨道设计和导航定位问题进行了研究,主要包括以下内容:设计并分析了从近直线晕轨道（Near Rectilinear Halo Orbit,NRHO）出发的载人奔月轨道。基于圆型限制性三体问题模型,分析了NRHO的相关轨道特性,包括几何特性、稳定性和会合共振特性。提出了局部梯度优化与数值延拓策略相结合的轨道初步设计方法,并建立了月面可达域计算模型。在此基础上分析了载人奔月轨道特性,包括速度增量特性和月面可达域特性。以初步设计的结果为初值,建立了从NRHO出发的载人奔月精确轨道计算模型。设计并分析了从极地低月球轨道（Low Lunar Orbit,LLO）出发的多脉冲返回轨道。提出了圆柱形速度参数截面的速度增量计算方法,对三种返回轨道方案所需的速度增量进行了分析,包括两脉冲、三脉冲和四脉冲方案。考虑地球终端约束,基于近月点伪参数,提出了从初步计算到精确计算的串行求解策略,求解了三脉冲定点返回精确轨道。初步计算中,建立了三段二体轨道拼接模型;精确计算中,在高精度轨道模型中,采用两段拼接方法分别进行正向和逆向积分计算。分析了三脉冲定点返回轨道的特性,包括定点返回窗口特性和速度增量特性。设计并分析了探月飞行器的反甚长基线干涉测量（Very Long Baseline Interferometry,VLBI）导航定位方案。针对极地低月球轨道上探月飞行器的导航定位需求,提出了一种反VLBI导航定位方案,并阐述了该方案的基本原理。分析了反VLBI导航定位方案的技术指标,包括测站布局、测站天线和信号频段。建立了反VLBI的探月飞行器测量数学模型,并对误差源进行了修正,通过仿真验证了该方案的定位精度,并分析了不同误差因素对定位精度的影响。总体而言,本文针对载人月球极地探测中的特定任务,对轨道设计和导航定位问题开展了研究。文中的研究成果可以为我国未来载人月球极地探测任务轨道方案的设计提供重要参考。