本文主要解决深空探测卫星自主导航相关问题,这可使得卫星能够不依靠于地面设备实现自主定位。本文主要依靠天体信号来设计导航算法,并通过数值仿真验证其可行性。本文首先对21cm谱线测量技术和天文导航技术方面进行了调研,提出一种基于数字波束合成的运动合成天线用于射电信号的测量,并进行仿真验证;同时对天体射频信号进行分析,并证明其作为导航信号源的可行性。在21cm谱线导航原理方面,以爱因斯坦时空观为基础,通过多普勒频移相关理论建立自主导航算法模型,以轨道动力学为模型建立状态方程,以测量的多普勒频率偏移量为观测量建立测量方程,从而建立多普勒测速导航滤波器,并通过数值仿真验证其合理性。基于21cm谱线的自主导航为单一的测速导航,积分获得的航天器位置信息不够准确,本文引入一种基于X射线脉冲星的自主导航技术来弥补其缺点,通过分析X射线的脉冲星信号,建立脉冲星信号的理论模型,基于位置增量法建立自主导航算法模型,最后进行数值仿真验证。最后基于联邦滤波器的原理及算法,以地火转移轨道为背景,设计基于上述两种导航方法的组合导航方法的组合导航算法。通过仿真研究了利用非线性系统的无迹卡尔曼滤波算法对于联邦滤波器的各子系统性能及全局估计性能。