高精度自主导航系统与高性能滤波算法，不但是现代飞行器实现精确导航的重要保障，而且是一个国家国防高科技水平发展的重要标志。然而，现有的导航系统在自主性、可靠性和滤波解算精度方面均存在一定缺点，需要进一步研究和提高，以适应我国国防建设对现代飞行器精确导航的需求。
　　光谱红移自主导航作为一种前瞻性的新概念导航方法，不但导航精度高、自主性强、而且实时性好，可为提高航天器导航的自主性、拓展导航手段、实现航天器自主运行提供一种全新的技术手段，因此，该方法受到了导航领域学者的强烈关注。
　　论文主要围绕光谱红移自主导航方法、高精度SINS/SRS自主导航系统设计、SINS/SRS/CNS多源融合自主导航系统设计、组合导航非线性高性能滤波解算方法、组合导航多源信息融合、系统噪声估计和误差补偿等关键技术问题展开研究。
　　主要研究结果和创新性贡献体现在以下几个方面：
　　(1)基于太阳系天体光谱红移测速导航原理，利用太阳系自然天体的光谱红移信息和物体惯性运动定律，设计一种高精度SINS/SRS自主组合导航新体制，建立SINS/SRS自主组合导航系统的原理、方案和数学模型，并进行了仿真实验验证。
　　(2)利用太阳系自然天体的光谱红移信息、物体运动定律和自然天体的天文信息作为导航信息源，采用非线性滤波算法和多源信息融合技术，设计一种高精度SINS/SRS/CNS多源融合自主组合导航新体制。建立了SINS/SRS/CNS多源融合自主组合导航系统的原理、方案和数学模型；提出了适合该组合导航系统滤波计算的抗差自适应Unscented粒子滤波算法；分别建立了SINS/SRS组合导航仿真实验子系统、SINS/CNS组合导航仿真实验子系统，以及SINS/SRS/CNS多源融合自主组合导航仿真实验系统，对所设计的组合导航系统的原理、方案、以及所建立的模型和算法进行了实验验证和分析。
　　(3)为了克服容积卡尔曼滤波算法的缺点，提出一种随机加权容积卡尔曼滤波(RWCKF)算法，在该算法中，采用随机加权估计方法，根据各容积点估计误差的不同大小调节权值，将不同的权值分配到各容积点，估计状态预测和量测预测以及误差协方差，有效抑制了状态预测误差、量测预测误差及其误差协方差对滤波精度的影响，提高了导航滤波解算的精度；建立了非线性系统状态预报、量测预报以及它们的协方差、自协方差和互协方差的随机加权CKF估计模型；最后，将提出的随机加权CKF算法分别应用于国标跟踪系统、SINS/SRS自主组合导航系统进行仿真验证和算法性能评估，证明了所提出的随机加权容积卡尔曼滤波(RWCKF)算法的有效性和优越性。
　　(4)针对含有常值噪声的非线性系统的滤波计算问题，提出含有常值噪声的非线性系统的自适应随机加权容积卡尔曼滤波(ARWCKF)算法；建立了非线性系统状态预报、量测预报及其相应的协方差阵的随机加权估计模型。在提出的滤波方法中，将自适应滤波原理与随机加权估计相结合，在标准CKF中插入随机加权因子，自适应地调节容积点的权因子，抑制系统噪声和量测噪声对状态估计的影响，提高非线性系统滤波计算精度。最后，通过仿真实验，对传统的CKF和提出的ARWCKF进行了仿真计算和算法性能分析，证明了提出的ARWCKF的滤波性能和计算精度均优于CKF和随机加权CKF。
　　(5)建立了非线性系统常值噪声的随机加权估计模型，证明了系统过程噪声均值qk和量测噪声均值rk的随机加权估计是无偏估计，而系统过程噪声方差Qk和量测噪声方差Rk的随机加权估计是有偏的，并对噪声引起的误差进行了补偿，对噪声估计的精度进行了评估。
　　本文所做的研究工作及所取得的成果，对提高航天器的导航定位精度和滤波解算精度有重要的应用参考价值。同时，对组合导航系统设计、非线性系统滤波计算、多源信息融合及组合导航系统误差估计和误差补偿也有一定贡献和帮助。
　　研究成果不但可用于提高我国航天器的导航定位精度和滤波解算精度，而且可为提高航空、航海、交通运输等领域运载器的导航定位精度提供借鉴。因此，该研究结果具有重要的理论意义和实际工程应用参考价值。