随着深空探测任务的增加,自主导航技术变得越来越重要。对于转移轨道上的探测器而言,由于它离太阳与各个行星的距离比较远,近地轨道上的自主导航方法无法满足其导航要求,此时天文导航是非常有效的方法。天文导航是一种全自主的方法,具有精度高、误差不随时间而累积、抗干扰能力强以及可提供位置姿态等信息的优点,非常适合于远距离飞行、外界环境复杂多变、飞行时间长的导航任务。在火星探测器的转移轨道上,地球与火星轨道之间有很多近地小行星,我们可以利用观测小行星获得信息来确定探测器的导航信息。在此,我们采用四体模型作为导航系统的状态模型。由于采用小行星图像信息和小行星星光矢量作为观测量,会出现姿态估计误差和敏感器指向误差;而采用星光角距作为观测量可以避免这两方面对导航精度的影响,故观测模型采用星光角距作为观测量。由于导航系统的状态方程和观测方程不可避免地出现误差,如果想获得更精确的状态估计值,就得用滤波估计方法系统的状态量进行估计。由于深空探测环境复杂多变,导航系统的状态模型噪声时刻变化,与单一模型相比,多模型自适应估计方法通过一组并行滤波估计器进行估计,并且时刻计算模型概率,符合这种过程噪声序列多变的需求,能达到自适应的效果。本文研究了多模型自适应估计与扩展卡尔曼滤波/无迹卡尔曼滤波相结合的方法,形成多模型自适应扩展卡尔曼滤波与多模型自适应无迹卡尔曼滤波这两种方法,并将其用于基于小行星观测信息的自主天文导航系统上。通过仿真实验,将基于单一模型的天文导航系统与基于多模型的天文导航系统进行了详细的比较,说明引入多模型自适应方法,可增强系统对环境的适应性,明显提高天文导航系统的精度、连续性及可靠性。