随着社会发展对导航精度、抗干扰等性能期望的提高,导航系统单独工作时产生的弊端愈发明显,因而能够充分发挥子系统优势的组合导航系统逐渐成为导航研究的主流方向。目前由于卫星导航系统(主要是GPS)与惯性导航系统(主要是捷联惯导系统SINS)的优势与不足存在互补性,大多数组合导航系统都是由二者联合构成,其准确的定位精度以及稳定的性能得到了广泛的认可。近年来,深组合导航系统已经成为研究人员的热研项目,它以惯性辅助GPS系统矢量跟踪环路为基础,主要有集中滤波相干深组合和分布滤波相干深组合以及非相干深组合。本文主要研究GPS/SINS非相干深组合导航理论与相关技术,包括组合导航子系统工作原理、不同的组合模式分析、惯性辅助的载波跟踪环路设计、组合导航滤波算法设计以及非相干深组合模型构建和性能分析。具体研究内容总结如下:1.以组合导航子系统为基础介绍了不同的组合方式,主要分析了深组合导航系统结构及工作原理,SINS/GPS深组合的构建是以接收机矢量跟踪环路为基础,以I、Q信号作为导航滤波器的量测输入,相关深组合采用集中式或分布式滤波方法;非相干深组合继承了传统的鉴别器环节,通过比例求和环节计算伪距、伪距率,作为组合导航滤波器的输入。本文中预滤波环节采用载波跟踪滤波与伪码跟踪滤波分别对鉴别器输出运算的方式,可以在一定程度上减少由于鉴别器的非线性引入的量测噪声,并对载波跟踪滤波器模型做出改进,加入载波频率的加速度误差状态量,提高载波跟踪的精度。2.设计惯性辅助GPS导航系统跟踪环路,并比较分析惯性辅助前后跟踪环路的性能。引入惯性辅助环节不影响载波跟踪环路对载波相位跟踪的同时,载体运动产生的动态应力由惯性辅助的前馈通道承担,增强了锁相环的动态性能,因此减小了载体动态对环路带宽取值的影响。本文建立环路带宽与锁相环误差源之间的数学模型,分析有无惯性辅助对系统性能的影响。结果表明:有辅助锁相环可以选择较小的环路带宽,当B=1Hz,跟踪环路灵敏度对应24dB-Hz,增强了系统对弱信号的跟踪能力。3.设计了一种非线性VBKF组合导航滤波方法,解决了观测噪声方差时变、无法建模的问题,由变分贝叶斯卡尔曼滤波算法(线性VBKF)与无迹卡尔曼滤波方法融合得到。本文设定深组合导航系统量测噪声(伪距、伪距率噪声方差)分别为常值、正弦波、阶跃以及方波震荡的时变形式,应用设计的非线性VBKF方法对建立的深组合系统数学模型仿真。结果表明:该滤波方法对可以有效的跟踪噪声方差变化,并且对导航系统参数估计的精度比UKF几乎提高了1倍。