本文以高超声速飞行器为研究对象,针对高超声速飞行器导航系统全自主、高可靠、高精度的应用需求,对主从冗余惯导/卫星/星光多传感器数据融合组合导航系统设计的相关技术进行了理论和仿真研究,并以理论研究为基础搭建半物理仿真平台,进行了阶段性实验验证。论文的主要研究内容包括:首先,给出了高超声速飞行器组合导航技术所涉及的空间坐标系,推导了高超声速飞行器空间运动方程,设计了高超声速飞行器轨迹发生器,建立了惯导系统的数学模型及误差传播方程。其次,对捷联惯性导航系统的器件冗余方法和特性进行了较为全面的研究和分析。基于惯性元件奇偶校验原理,设计主从冗余惯导系统方案,通过对惯导装置中的测量信息进行奇偶校验处理,实现惯导系统的故障诊断,保证了核心导航装置的可靠性。然后,对多源导航传感器信息融合组合导航方法进行了研究。通过对卫星导航和星光导航系统原理和误差特性的分析,设计惯性/卫星、惯性/星光组合导航卡尔曼滤波器,基于滤波误差方差阵求迹法的信息分配原则,完成组合导航联邦滤波器设计。最后,在上述研究成果基础上,搭建基于GPS接收机、惯导器件等实际物理设备的组合导航系统半物理仿真平台,并利用此半物理仿真平台对组合导航方法性能进行了初步验证分析。