导航系统作为现代军事武器装备关键部件,其导航精度和可靠性决定了导航任务是否能够顺利完成和作战任务完成的速度和质量。为提高导航系统的性能,满足舰船长航时、远航程导航需求,并降低对卫星导航的依赖,论文引入星光导航与惯性导航进行组合成无源组合导航系统,该组合系统具备高精度、高可靠性、自主性和隐蔽性的特点,能极大提高舰船的生存能力。论文以国家重大科学仪器设备开发专项“全天时高精度星光定向仪开发与应用—星光定向仪在船舶平台的应用开发”项目为技术背景,从理论和工程实现两方面对船载星光/惯性组合导航系统关键技术展开研究。针对船载环境,根据星光/惯性组合系统设备形态,设计了相应总体方案和系统标校方案;在星光/惯性组合导航系统误差分析、组合模式研究的基础上,设计了组合对准、系统重调方案;最后利用星光/惯性组合系统初样机进行了试验验证。论文的主要研究内容有:(1)舰载星光/惯性组合导航系统总体方案设计和工作模式研究。针对船载环境特点,对惯性元件和星敏感器参数进行指标分解;对星光导航设备主要发展及研制方向进行了讨论,从星敏感器光学参数设计、电路设计、星敏感器波段选择等多方面提出了船载星光导航设备配置方案;比较分析不同设备形态下星光/惯性组合系统工作模式和总体技术特点。(2)星光/惯性组合导航系统标校误差分析。根据船载平台标校要求,介绍了星光/惯性组合系统标校方案,重点介绍了分系统之间水平偏差和方位偏差标校方法。针对星光/惯性组合系统不同设备形态,构建了分系统的轴系误差、尺寸效应误差模型,并进行了仿真分析。(3)星光/惯性组合模式研究。针对船载星光导航系统需要惯导提供水平姿态的特点,对惯导水平姿态误差引起星光导航系统导航误差公式进行了推导和仿真分析;根据舰载星光导航系统实际观星数不同,提出了基于一种主从滤波的星光/惯性紧组合模式,并进行了仿真分析。(4)星光/惯性组合对准和系统重调方案研究。针对船载环境,为了保证对准精度和缩短对准时间,引入星光导航信息,设计了星光导航系统辅助惯导在系泊和航行状态下快速完成初始对准方案,并进行了仿真分析;针对舰船惯导系统水平阻尼工作模式,设计了基于阻尼网络和水平阻尼kalman滤波器的星光/惯性组合系统阻尼重调方案,并进行了仿真分析。(5)星光/惯性组合初样机试验分析。论文利用项目初样机的完成组合导航、组合对准、系统重调等试验,通过录取初样机的原始试验数据进行了离线仿真对组合模式、组合对准和综合校准方案进行验证分析。