相比于传统的单颗大卫星工作方式,编队飞行技术能够极大地提升任务的整体性能,因而在国际航天领域得到了广泛重视。编队飞行的本质即是多颗卫星通过相互协作来完成共同的任务,相互协作的本质决定了编队飞行的前提就是能够及时地计算出编队卫星的精确相对位置和姿态,计算的精度越高、速度越快,编队卫星动作的一致性就越好。传统的编队算法都集中于相对轨道的研究,通过相对轨道来计算相对位置,而对卫星的相对姿态研究得较少。到目前为止,还没有把卫星的姿态结合到轨道中去,对编队卫星相对位置和姿态的描述采用的是分裂处理的模型。在描述刚体一般体运动时,相比于分裂处理旋转和平移的方法,能统一描述旋转与平移的对偶四元数法具有表达简洁、运算简便的特点。刚体与坐标系是等价的,受此启发,本文提出了一种突破传统的对偶四元数位姿模型来统一描述编队卫星的相对位置和姿态,从而使得运算过程更加简洁、高效。为了得到更加精确的相对位置和姿态信息,本文在对偶四元数位姿模型的基础上建立了状态方程,同时设计了类GPS测量模型来测量相对位置和姿态,建立了相应的观测方程。并选择扩展的卡尔曼滤波(EKF)来消除随机噪声对状态更新过程以及测量过程的干扰,最终实现了编队卫星的自主相对导航。另外,选择类GPS是为了解决GPS应用于编队飞行时存在的一系列问题。本文分析了这些问题出现的原因以及类GPS解决这些问题的途径,着重讨论了其中的精度与实时性要求矛盾的问题,并提出了类GPS信号的快速捕获算法来解决这个问题。