航天事业的高速发展促使在轨航天器日益增多,进而形成了庞大的行星际通信导航网络,又可称为星联网。基准系统为整个星联网提供导航基准,其定位精度直接影响整个网络的导航精度与服务能力,自主导航系统则是提高基准系统导航精度的关键所在。本文针对星联网的基准系统,对其设计方案与高精度自主导航方法展开研究。主要研究内容与成果如下:1、研究了星联网基准系统的设计方法与考虑要素,并针对火星探测任务,设计了一种具体的应用方案。首先,阐述了星联网系统的基本概念与主要特点;其次,从覆盖性能出发,分析了星联网基准系统的设计方法与所需考虑的要素;然后,根据火星探测任务的需求,从基准系统构型、导航信号强度以及导航精度等方面进行分析,设计了一种能够覆盖地球-火星空间的星联网基准系统的具体应用方案;最后,根据绝对观测与差分观测两种测量方式,给出了两种不同的基准系统导航方案。2、研究了脉冲星导航系统中不同误差源的传播机理及其影响。首先,对脉冲星角位置误差对脉冲模板构建精度的影响进行分析,推导了其任意时段均值的解析表达式,并给出了相应的削弱方法;其次,对参考架偏差进行建模,并分析了其对导航系统的影响;最后,针对基于差分观测的脉冲星导航系统,分析了脉冲星角位置误差等几种主要误差源的影响。3、研究了基于脉冲星的高精度自主导航方法。首先,针对基于单探测器序贯观测的脉冲星导航系统,将其系统误差建模为缓变过程,提出了基于跨历元增广状态的误差补偿方法,对该导航系统进行建模,推导了其在圆型限制性三体动力学环境下的可观测性矩阵,证明了该系统可观测性,并仿真验证了其导航性能;然后,针对基于差分观测的脉冲星导航系统,对其导航性能进行分析;最后,分析了基于脉冲星差分观测与星间测距的导航系统的导航性能。论文的研究工作及成果可以为构建天基行星际自主导航网络提供思路,能够为X射线脉冲星导航系统的发展提供理论参考。