作为岛屿众多、陆海兼备的大国,海洋战略在我国整体发展战略中的作用和地位越来越突出,我国也越来越重视海洋技术的发展,水下潜器技术(例如“蛟龙号”载人潜水器等)在海洋技术的发展中是不可或缺的,具有十分重要的战略意义。而惯性导航系统是水下潜器进行导航定位时应用最广泛的导航系统,其无源、自主的特点能够保证水下潜器良好的隐蔽性及自主性,但是它的误差会随着时间而不断积累,其定位精度不能满足长航时潜器的精度要求,因此需要其他导航方式对其进行辅助。重力匹配辅助惯性导航系统是利用重力场这一地球固有场信息,对惯性导航系统长航时条件下的误差漂移进行抑制和修正,以满足水下潜器“自主性、高精度、隐蔽性”的要求。本文以重力匹配辅助惯性导航系统为对象,在重力匹配算法、滤波融合方法等方面展开了深入研究。主要工作如下:(1)针对传统相关极值算法存在的实时性差的问题,通过引入可变搜索区域和剔除干扰数据的方法对其进行了改进。在每次序列匹配时,提出了可变搜索区域代替固定搜索区域的方式,令搜索区域随惯性导航精度实时变化,有效减小了搜索范围;在每个搜索区域内寻找与重力仪测量的重力异常值近似相等的点,实现了有效备选匹配点的提取,并且提出了匹配轨迹点距离相应惯性导航输出轨迹点的偏差越来越大这一匹配约束条件,又有效减少了备选匹配轨迹的数量。最后考虑到惯性导航误差随时间累积,因此引入加权性能指标,在匹配过程中对精度和可信度较高的数据赋予更大的权值。仿真结果表明,改进的相关极值算法保证匹配精度高的同时有效提升了匹配的实时性。(2)针对重力匹配信息与惯性导航信息滤波融合时,系统存在的匹配轨迹非等间隔输出的问题,进行了以重力匹配轨迹点与惯性导航输出轨迹点位置差作为量测值的非等间隔滤波方法设计。首先利用局部重力场特征参数设计了匹配轨迹的可信度判定准则,得到了匹配轨迹的非等间隔特征。在重力场特征变化明显的区域(匹配轨迹连续缺失距离均小于15海里),当匹配轨迹点缺失时,系统没有量测值输出,此时利用系统状态转移矩阵的特性只进行滤波器的时间更新,反之则同时进行滤波器的时间更新与量测更新;在重力场特征变化不明显的区域(匹配轨迹连续缺失距离均大于或等于15海里),先通过三次样条插值法将非等间隔匹配轨迹等间隔化处理,再进行滤波融合。同时,利用量测增广法解决了量测噪声为有色噪声的问题。仿真结果表明,所提方法有效解决了匹配轨迹非等间隔输出的问题,同时提升了融合后的导航精度。(3)利用MATLAB/GUIDE,构建了基于重力匹配辅助惯性导航系统的半实物仿真平台,设计了“平台数据导入”、“路径规划”、“重力匹配算法”和“滤波融合算法”四个功能模块。该半实物仿真平台架构完整、可扩展性强、可移植性好、界面清晰易读,为开展重力匹配辅助惯性导航系统的深入研究和仿真验证奠定了基础。