本发明涉及一种自主导航系统可观测能力提升的轨道机动优化方法，包括如下步骤：S1、构建相对导航状态方程和测量方程；S2、构建包含轨道机动距离的伪测量方程；S3、确定轨道机动距离误差；S4、构建系统全程状态估计精度与轨道机动量的解析关系；S5、确定满足系统状态完备估计的轨道机动量模型；S6、以燃料消耗、相对轨道位置、服务航天器防碰撞以及S5中满足系统状态完备估计条件的轨道机动量模型为约束，以S4中的全程状态估计精度与轨道机动量的解析关系为目标函数，对优化模型进行求解，获得最优轨道机动量。本发明用于空间非合作目标相对位置的确定，使得获得的轨道机动策略有助于提高状态估计精度，且更符合工程实际需求。