随着空天科技的快速发展,人类的深空探测活动日益增多,相较于近地航天探测任务,深空探测任务具有探测器远离地球、通讯时延长、太空环境复杂、测控困难等特点,这些都对观测手段和探测器的导航能力提出了更高的要求,依赖传统的测距、测速等观测手段,通过地面系统对探测器进行导航服务已经难以满足深空探测任务的要求。现有的全球导航星座系统GNSS由于其本身设计特点,并不适合对深空探测器任务提供导航服务,且现有的导航星座是需要通过地面测站将导航星的测控信息注入到星上,而今后,在轨运行的航天器将会越来越多,进而需要在地面布置更密集的航天测控网,这将严重增加地面系统的人工成本和资源成本,且战时地面航天测控系统易成为攻击目标,从而对任务安全造成威胁。基于此背景,本文提出了一种基于地月空间特殊轨道的导航星座,为地月空间的目标以及行星际目标提供导航电文服务。不用于已有的基于地月共线拉格朗日点的导航星座,本文所提特殊轨道在“实际”地月模型下是稳定的,因而无需控制。由于轨道稳定,星间链路数据可以在无控制干扰的前提下长时间积累,利用轨道的动力学特征差异可以仅依靠星间链路数据即可精确测定轨道。基于这种想法,本文首先测试了导航星之间利用星间链路数据的可行性并分析了定轨精度,其次以处于地月转移段的探测器为例,分析了导航星对服务对象的定轨精度以及导航星的定位系统差对定位精度的影响。VLBI是一种基于干涉原理的观测技术,在1967年即已成功应用于天文观测,在现有的天文观测中,其空间分辨率是最高的,在角分辨率成像方面也有了很大的成绩。VLBI角分辨率主要由观测频率和基线长度决定,为了得到精度更高的观测数据,在固定频率的情况下,延长基线长度,突破地球尺寸限制,将VLBI基站置于外太空卫星上成为提高VLBI角分辨率的一个自然选择,即空间VLBI技术。而若能够设计出可以长期自主运行的稳定的空间VLBI星座,借助空间VLBI技术的高精度测量,可以有效地解决深空探测器的自主导航问题。本文在地月系统中,提出了一种新的、可以实现自主运行的空间VLBI星座的概念,该星座由两种特殊的稳定轨道组成:动力学替代轨道（DSs）与大幅值逆行轨道（DRO）。星座中的基站相互之间可以形成基线,也可以与地球上已有基站形成基线,这些基线比地面上的任意两基站之间形成的基线长1～2个量级,所以通过本文所提出的空间VLBI星座得到的空间分辨率比地基VLBI要高很多。VLBI基站运行的这两种轨道具有长期稳定的特性,所以理论上讲探测器在运行时无需控制。通过本文所提到的空间VLBI星座,不但可以提高天文观测的精度,也可以作为地月空间和深空探测活动的有效测量手段,大大提升观测精度。值得特别指出的是,由于这两种轨道特殊的动力学特性,这两种轨道上的卫星可以仅仅利用星间测距数据来实现星间自主定轨,从而在星座卫星轨道确定的过程中,不需要任何的地面站支持。本文所提到的空间VLBI星座,由于所有基站都在外太空,从而避免了大气这一对VLBI观测影响较大的误差项,得到了现有的空间VLBI观测更高的观测精度。论文的内容安排如下:第一章绪论部分介绍了论文的背景与意义,介绍了国内外关于深空探测、自主导航与平动点导航的研究进展。需指出的是,本文所提的基于地月三角平动点大振幅动力学替代轨道DSs以及绕月稳定的DRO轨道的星座构形尚属首次。第二章是全文研究工作的理论基础,简单介绍了本文定轨工作中所采用的时空坐标、实际力模型、定轨方法以及VLBI的相关基础知识。第三章首先介绍了本文工作所涉及的两类特殊的轨道类型——实际力模型下三角平动点附近的DSs轨道以及DRO轨道。以定位在各类DSs轨道及其附近的轨道为例,验证了导航星座基于星间链路的自主定轨的可行性并分析了其定轨精度;第四章以定位在DSs轨道和DRO轨道上的空间VLBI星座为天基站,以月球探测器的轨道确定为例,利用雷达测距数据和VLBI技术对其进行轨道确定试验,并对定轨精度进行了分析。第五章对本文的工作做了总结与展望。本文的研究工作表明:（1）定点在动力学替代轨道上的卫星可以实现星间测距自主定轨,但是定轨精度受采样弧段、初值点的选择、垂直白道面的运动振幅（文中用Z方向振幅表示）有关:（a）当采样弧段较短时,定轨精度不理想,N方向的精度比R、T方向的精度差,但随着采样弧段的增大,R、T、N基本达到同一定轨精度,忽略系统误差定轨精度可达到观测精度;（b）采样弧段较短时,动力学替代轨道初值点的选取对定轨精度的影响较大,然而当采样弧长增加时,这一影响逐渐变弱;（c）当选取合适的轨道Z分量取值,选择相对较短的采样弧长可以得到相同的定轨精度。所以通过调整Z方向振幅、采样弧长参数、动力学替代轨道初值点的参数值,可更加快速有效的实现星间自主定轨,并达到定轨精度;（2）以月球探测任务为例,在实际力模型下,利用星间链路数据实现了对探测器的自主导航,从而验证导航星座自主导航的可行性。仿真计算结果表明,导航星座对探测器的导航精度达到观测精度,且探测器在N方向的精度比其R、T方向差一个量级;在导航星加随机误差作为系统误差,相当于地面站的站址误差,在实际力模型下,利用星间链路数据依然实现了对探测器的自主导航导航,且精度达到观测精度,而探测器在N方向的精度依然比R、T方向差一个量级;（3）构造稳定的空间VLBI星座。在导航星座上安置VLBI天线基站,从而导航星之间可以形成很长的基线,导航星组成的空间VLBI可以实现很高的角度分辨率,可以实现对深空目标的探测,从而实现天文观测目的,而对于深空探测器导航,则可以得到高精度的观测数据,通过验证,以地月转移段为参考任务,在实际力模型下,利用VLBI时延数据、时延率数据实现了探测器的自主导航,且导航精度满足需求。