深空探测自主导航方案
根据不同的飞行阶段，深空探测器飞行可以分为发射段、分离段、巡航段、捕获段、环绕段、着陆段、巡视段等阶段，其中发射段距离地面最近，通常采用地面无线电测控技术，不需要自主导航。在其他不同的飞行阶段，由于探测器所处的空间环境不同，因此自主导航所用导航敏感器、观测对象、图像处理方法以及信息融合算法也不尽相同。
分离段。为了及时修正深空探测器入轨偏差，保证后续巡航及交会等阶段的任务精度，需要精确确定探测器从地球停泊轨道逃逸后的轨道姿态运动状态。在逃逸分离段，地球和月球是探测器的最佳导航目标天体，因此分离段的自主导航系统主要采用基于地月及星光信息的自主导航。定姿方面使用星光观测结合惯性元件完成。
巡航段。巡航阶段，探测器运行在地球与探测目标天体之间的广阔空间，与地球及目标天体相距都在104km以上。由于与主要引力体相距遥远，且巡航阶段运行时间长，惯性导航测量仅适用于该阶段姿态确定以及中途修正的机动测量。天文导航和图像视觉导航是满足该阶段全程应用可行的方案，其中天文导航应用范围更广、成本更低，可靠性更高，因此已在多个深空探测任务巡航段飞行中获得应用。巡航轨道附近的行星、小行星甚至彗星都可作为导航观测目标，如深空1号的自主导航方法。
捕获段。在接近目标天体的捕获段，探测器与地球距离远、飞行速度快，持续时间比较短，依赖地面导航方法对深空探测器进行导航在实时性、覆盖性、可靠性等诸多方面受到限制，难以满足探测器捕获段对高精度实时导航的迫切要求。在此阶段，探测器距离目标天体较近，目标天体观测十分方便，因此使用天文敏感器连续摄取目标天体及其周围天体的图像信息，经图像处理后提取天体在敏感器成像面上的质心，结合探测器的惯性姿态和目标天体的星历确定探测器相对目标天体的轨道和姿态，以修正探测器轨道偏差，确保探测器顺利入轨。
环绕段。与捕获段类似，在探测器环绕段中，地面无线电双向时延大，地面基线短，因此依赖地面信号的导航方法无法用于探测器高精度导航。此外，环绕段还受到目标天体背面不可见因素的影响，天文自主导航方法存在导航信息缺失的区间。因此，为了提高环绕段自主导航精度和稳定性，利用探测器飞行动力学作为导航系统递推模型，以目标天体的视半径和中心指向等信息作为天文量测信息，估计轨道参数，从而实现探测器环绕段精确导航。
于1971年5月发射的水手9号火星探测器验证了捕获段和环绕段的自主导航技术。星上摄像机拍摄到的恒星背景下的火卫一和火卫二的科学图像被用于实时导航，帮助探测器顺利完成了火星捕获段和环绕段的导航任务。
着陆段。在深空探测器自主着陆或附着过程中，探测器需要根据目标天体的表面情况，自主选择安全着陆点，因此对探测器导航系统的精度和实时性要求很高。单纯依靠一种导航手段难以满足精度和实时性的要求。在此阶段，对地距离、速度及三维地形图像信息是容易获取的导航量测信息。因此，着陆段以惯性测量单元为核心导航敏感器，配以距离/速度/图像测量信息对惯性导航结果进行修正，可实现探测器精确着陆和自主避障。
我国的“嫦娥三号”自主导航系统就配备了惯性测量单元（IMU）、激光测距敏感器、微波测距敏感器、光学成像敏感器、激光三维成像敏感器，它利用多种敏感器的信息实现了探测器精确软着陆并自主避障。
