航天器的自主导航系统可以增强星载导航能力和减少地面系统工作量,对降低航天任务成本具有很大潜力。通过减少地面系统日常的轨道确定工作和跟踪任务,自主导航可以简化航天器的地面系统。星载计算机的发展和卫星星上轨道计算的较高精度需求,共同推动了星上轨道计算算法的更新。另外,高稳定性的卫星轨道控制系统的研制作为小卫星的关键技术,业已受到国内外的广泛关注。本文主要针对星载轨道计算算法和对地观测小卫星的轨道机动仿真开展工作,主要研究内容如下: 卫星建模研究:针对近地轨道卫星,分析地球非球形摄动、太阳辐射、大气阻力、日月引力摄动等因素对卫星的影响,建立了近地轨道卫星的主要摄动力模型。参加空间飞行器总体仿真系统及其演示环境系统设计实现工作,主要进行轨道动力学建模、轨道动力学模块的实现工作。研究了星载传统解析预报方法,提出了一种星历计算数值方法。传统算法难以满足卫星平台未来高精度轨道应用的要求,尤其不能满足星载自主导航技术的需求。星载计算机系统性能的提高,为星载轨道计算算法的更新提供了硬件条件。本文采用简化的轨道动力学模型和嵌套一定插值方法的积分器,实现了一种适合星上使用的卫星星历数值算法,并通过实测数据进行了算法精度分析。我国对地观测小卫星大部分都是近圆太阳同步轨道,根据任务要求,其轨道机动任务一般是在同倾角不同高度的圆轨道间完成。针对小卫星的任务和技术指标的要求,设计了轨道机动的软件模块和主要程序。并且研究了脉冲式霍曼变轨与完成相同任务的有限推力变轨在燃料消耗方面的差距。