自主导航技术是实现行星精确着陆的关键技术之一。相较于光学相机等被动导航敏感器,激光雷达具有精度高、不依赖恒星光源等优势,基于测距成像的自主导航是目前行星着陆探测方面的研究热点。本学位论文考虑行星着陆的特点,针对测量数据匹配、导航滤波估计、最优测量构型等问题,开展基于测距成像的自主导航方法研究。论文主要内容如下:首先,建立行星着陆动力学模型和观测模型,并设计了着陆自主导航方案。分别建立了着陆器轨道动力学模型和姿态运动学模型,并分析激光雷达测距特点,建立了导航敏感器模型,在此基础上,设计了基于测距成像的行星着陆导航方案。其次,针对激光雷达三维测量数据匹配问题,研究了基于点集对应的测距信息匹配方法。将测量数据匹配问题转换为点集对应问题,通过着陆器位置姿态求解关系,以点到点集最近距离为匹配指标,利用迭代最近点算法实现了三维点集的对应匹配,同时获得相对位置姿态信息。然后,针对着陆末端基准数据稀疏问题,研究了基于虚拟数据点插值的相对位姿求解方法,并设计了导航滤波器。考虑基准数据稀疏的特点,分别研究了相邻帧递推配准求解和虚拟数据点插值求解算法,实现了相对位姿状态的求解,并采用扩展卡尔曼滤波算法分别设计了着陆轨迹滤波器和姿态滤波器。最后,针对激光雷达观测方案优化问题,开展基于平面拟和误差的最优测量构型分析。以三向量测量为研究对象,引入着陆平面法向量为误差分析参考变量,推导了着陆平面拟和误差方程,通过对于误差公式中的测距误差和测角误差的影响分析,总结了各变量对着陆导航精度影响。