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全球定位导航系统(GPS)可以提供高精度的导航定位信息,但是由于外部环境因素影响导致GPS信号失效时,GPS接收机不能正常工作。捷联惯性导航系统(SINS)是一种自主式导航方式,不受外界环境影响,但是捷联惯性导航系统由于自身工作原理的原因,导致导航定位误差积累,所以捷联惯性导航系统不能长时间单独工作。GPS/INS组合导航系统很好的解决了这个问题,它弥补了惯性导航误差积累的问题,同时在GPS信号失效的短暂阶段可以由惯性导航单独工作继续连续的提供导航定位结果。本文首先对捷联惯性导航系统和全球定位导航系统分别进行了详细的分析,进而对GPS/INS组合导航系统相关关键技术进行了深入研究。其中,重点讨论了组合导航系统中的时间同步问题,分析了时间偏差对滤波结果的影响,并基于FPGA设计完成了GPS/INS时间同步系统;同时,对GPS/INS组合导航系统中的松组合算法和紧组合算法分别进行了仿真验证,特别是针对紧组合算法,验证了紧组合导航系统在卫星数少于4颗时的工作情况;最后,本文在工程背景下,基于MEMS级别的IMU实现了GPS/INS松组合导航系统,并针对地面车辆的运动特点,引入了车辆的不完全约束条件。论文中,通过半物理仿真实验验证了所设计的基于FPGA的GPS/INS时间同步系统的有效性,解决了GPS/INS组合导航系统中时间偏差对导航结果影响的问题;在Matlab环境中,对紧组合导航算法进行了着重研究,通过仿真结果验证了在可见卫星数少于4颗时,紧组合导航系统仍然可以正常工作,并通过比较仿真结果,定量分析了可见卫星数目对导航定位精度的影响;最后,通过户外跑车实验,验证了本文中所实现的GPS/INS松组合导航系统的可行性,进而有效的证明了本文引入的车辆的不完全约束条件的有效性,成功地解决了GPS信号失效阶段,低精度惯性导航设备单独工作时误差快速积累的问题。