导航卫星的安全问题对于经济、民生和国防都有重要意义。现有的全球卫星导航系统功能主体为导航卫星,但同时还要依靠地面站协同工作对卫星进行控制和轨道维护,一旦地面站遭到打击或干扰,导航卫星的正常功能将受到影响甚至完全失去作用。并且随着导航星座卫星个数的急速增加,地面站面临的测控负担和压力也将越来越大,不得不耗费更大的人力物力成本。基于星间链路的卫星自主导航技术可以使地球导航星座减少对地面站的依赖,既减轻了地面站的工作压力,又能在极端条件(无法与地面站取得通信的情况)下保持一段时间的自主定轨精度,增强导航星座的独立生存能力,提高其在特殊条件下的安全性。为解决地球导航星座仅依靠星间测距实现自主定轨时整体旋转误差难以消除的问题,引入拉格朗日点导航卫星组成扩展导航星座是个较优的方案,既能实现天基卫星导航系统的自主运行,又可将导航星座的服务区域扩展到深空探测,一举两得。但现有针对扩展的导航星座的研究均没有考虑轨道机动,事实上轨道保持常常伴随于导航卫星的整个寿命周期,要使导航星座具有真正完全的长期自主运行能力,有必要同时考虑自主定轨和自主轨道保持控制。考虑到加入机动力后卫星轨道动力学方程会发生明显改变,成为典型的非线性系统,能观性可能会发生改变,本文首先分析了轨道机动对系统能观性的影响,从动力学方程的坐标对称性和引力场分布对称性得出了能观性不变的结论,为后续的研究奠定了基础。作为扩展导航星座中的一员,GEO卫星的轨道具有一定的特殊性,且轨道保持控制的频率较高,本文针对GEO卫星研究了双神经网络观测控制一体化方案,利用神经网络改善建模精度和提高控制精度,经过数值仿真对比具有比传统非线性滤波器更好的效果。另外本文研究了考虑拉格朗日导航卫星轨道机动的扩展导航星座的联合自主定轨问题,研究了基于无味卡尔曼滤波的机动自主定轨方案和基于联合定轨结果的拉格朗日导航卫星自主轨道保持小推力控制方案。数值仿真结果表明自主定轨和自主轨道保持控制没有互相干扰,扩展导航星座可以实现自主运行。