自主导航技术是实现小天体交会探测的关键技术之一,基于小天体成像特征的光学自主导航具有高精度、低成本特点,是目前小天体探测方面研究的热点问题。本学位论文考虑小天体交会探测的特点,对小天体交会段的自主导航方法进行了研究,并搭建半物理仿真平台开展了仿真实验分析。论文主要内容如下:首先,建立小天体交会动力学模型和观测模型,并设计了探测器自主光学导航方案。建立相关参考坐标系,完成交会段轨道动力学和姿态动力学建模,在此基础上,设计了基于小天体表面特征的自主光学导航方案。其次,研究了基于小天体表面路标信息的光学自主导航方法。通过对小天体图像预处理、边缘检测以及特征拟合,完成了小天体表面路标特征的提取,考虑导航路标观测模型特点,分别基于观测角解耦和多矢量定姿原理对探测器的位姿进行解算,实现了探测器相对目标小天体位姿状态的确定。然后,设计了小天体交会光学导航半物理仿真方案,并对半物理仿真的可信度进行了分析。在对半物理仿真平台结构与功能进分析设计的基础上,给出了小天体交会光学导航半物理仿真实验方案,利用伺服转台和直线导轨的复合运动模拟探测器相对位姿,基于层次分析法对半物理仿真进行了可信度分析。最后,搭建了小天体交会光学导航半物理仿真系统,并开展了仿真实验分析。搭建了小天体交会光学导航半物理仿真系统,通过复合运动模拟小天体交会运动过程,建立小天体外形模拟器,利用探测器位姿信息和导航估计结果相比较,对自主光学导航方法的性能进行了分析。