题目：航天器近距离相对轨道运动的自主导航问题研究

        在空间交会对接、在轨服务、近距离监视以及航天器编队飞行等任务中，通常需要对两个或两个以上相互邻近的航天器进行轨道控制操作。当绝对导航方法的精度不足时，自主化的相对导航方法是航天器进行近程操作的必备条件。本论文结合相对轨道动力学和滤波估计方法，研究航天器自主相对导航问题。

        首先，给出微分方程形式和轨道要素形式的航天器相对轨道运动的模型，以及相对距离测量装置和光学相机的测量模型。这些模型将为之后的进一步研究提供基础。

        再次，针对航天器的合作式的交会任务，研究基于相对距离测量装置和光学相机的观测信息的自主相对导航方法。与传统的以相对距离、视线仰角和方位角为测量信息的相对导航方法不同，本文提出一种基于目标-参考天体夹角的相对导航方法。通过数值仿真，比较这两种导航方法的性能，并通过Monte Carlo仿真和误差分布的计算研究新方法中参考天体个数和张角的影响。

        然后，针对航天器非合作式的交会任务，研究通过两个追踪航天器所组成的编队，在双视线测量条件下进行自主相对导航的方法。详细地介绍导航方案的构成和具体的导航算法，推导双视线测量方法中的误差传递方程，并且分析其中的影响因素，讨论两个追踪航天器的编队构型及其对该方法性能的影响。通过数值仿真对上述相关的结论进行验证。

        最后，针对航天器的编队飞行任务，研究平均轨道要素之差的滤波估计问题。介绍经过正则化处理和近圆修正的，地球摄动轨道半解析解。平均轨道要素之差，根据主航天器的绝对位置和速度以及两航天器间的相对位置和速度进行解算。给出三种具有代表性的解算方法，包括数值解算方法、扩展卡尔曼滤波方法和平方根形式的无迹卡尔曼滤波方法。通过数值仿真，验证每种解算方法的性能。