随着航天技术的飞速发展,自主交会对接技术已成为各国必须掌握的核心技术。基于星载传感器的自主轨道确定技术是自主交会对接最为关键的使能技术之一,而其中的仅测角相对轨道确定则是该领域目前的研究热点和前沿。本文深入研究了仅有相对视线角信息的相对轨道确定问题,论文的主要研究工作如下:(1)对利用测角相机偏置的仅测角初始相对轨道确定原型算法进行了误差协方差分析。推导了采用Clohessy-Wiltshire相对运动动力学的仅测角初始相对定轨解析解;建立了考虑安装误差、视线测量误差等的误差测量模型,在此基础上对定轨解进行了线性协方差分析,形成了由解析的定轨误差均值和误差协方差矩阵构成的算法误差定量评价体系;建立了基于二体动力学的算法性能Monte Carlo仿真系统,对利用测角相机偏置的仅测角初始相对轨道确定原型算法的定轨精度和定轨误差协方差进行了数值仿真分析,并且对相机精度、偏置距离等关键参数进行了敏感性分析。(2)研究了利用测角相机偏置的仅测角初始相对轨道确定状态增广算法。在Clohessy-Wiltshire和Tschauner-Hempel动力学背景下推导了基于仅测角信息的状态增广最小二乘初始相对轨道确定算法;以定轨解和测量误差模型为基础,对定轨解进行了线性协方差分析,获得了定轨误差均值和误差协方差矩阵;通过二体动力学Monte Carlo仿真系统对定轨解及其误差协方差的有效性进行了验证,对相机偏置距离、测量精度、测量周期等重要参数进行了敏感性分析,并与原型算法的结果进行了对比分析,验证了状态增广和高阶动力学的引入对定轨精度的提高效果。(3)研究了分布式仅测角初始相对轨道确定算法。分析了交会对接相对测量的特性,提出了分布式他星测量定轨、虚拟分布式测量定轨和分布式双星测量定轨等三种仅测角初始定轨方案;针对这三种方案分别进行了理论推导,获得了定轨解析解;针对定轨解的可观测性进行了分析,获得了定轨状态可观测几何条件;针对定轨解的误差进行了协方差分析,得到了定轨误差均值和协方差矩阵;通过二体动力学Monte Carlo仿真系统对所提方案和算法的有效性进行了仿真验证,对分布式构型、测量周期、量测量数目等关键参数进行了敏感性分析。(4)研究了基于相机偏置的仅测角相对导航问题。在建立系统量测模型、传感器安装模型等模型的基础上,结合无迹卡尔曼滤波算法建立了相对导航滤波模型;通过“类线性”变换的新思路进行了相对运动状态的可观测性分析,获得了分别适用于Clohessy-Wiltshire和Tschauner-Hempel动力学的状态可观测条件;通过二体动力学Monte Carlo仿真系统,以典型的自然相对运动轨道为例,分别对两种动力学情况下的相机偏置仅测角相对导航算法的有效性进行了仿真验证,并对该算法进行了性能分析。(5)研究了仅测角相对导航与制导的耦合算法。建立了简化的测量模型,通过“类线性”变换的方法对相对运动状态进行了可观测性分析,获得了状态可观测的数学条件;引入了多脉冲滑移制导策略,分析了仅测角相对导航与多脉冲滑移制导的耦合关系,并利用该耦合关系和无迹卡尔曼滤波算法设计了仅测角导航与多脉冲滑移闭环制导方案;通过二体动力学Monte Carlo仿真系统对算法的有效性进行了仿真验证,对导航初始误差、脉冲数以及初始距离等关键参数进行了敏感性分析。