随着近年来海洋强国战略的提出,增强半潜式浮台等海洋航行器的对海观测能力已成为当前的热点研究问题。半潜式浮台的自主导航能力不足是限制其观测能力的重要因素之一。高精度的稳定导航将直接推动半潜式浮台运动范围与机动能力的提升,进而增强其对海观测能力。组合导航能大幅度地提高导航质量,因此,研究半潜式浮台的组合导航技术对提升其对海观测能力乃至推进海洋强国建设具有重要的现实意义与实际价值。捷联式惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System,简称SINS)与全球定位系统(Global Positioning System,简称GPS)的组合导航技术是导航领域中发展十分迅速的热点方向之一。两者的组合使得导航系统既能实时获取航行器的姿态、速度等参数又能克服纯惯性导航系统存在的导航误差随时间而增大的缺点,可以在一定程度上保证系统的精度与可靠性。本文以半潜式浮台作为系统算法应用对象,以Matlab/Simulink数学软件作为主要仿真验证工具研究并分析了SINS/GPS组合导航系统的基本理论。首先,本文中研究了SINS力学编排方案与数值更新算法,分析了导航过程中的误差产生的影响因素进而得到误差方程,研究了SINS初始对准技术并给出了粗对准与精对准的具体实现方法,在静基座状态下对设计的捷联惯性导航算法进行了仿真,印证了独立使用惯性导航时误差会随时间变大的理论分析结果。其次,本文中针对导航过程中多种信号受噪声影响而失真的现象系统地研究了卡尔曼滤波算法,以目标跟踪问题为例对多种非线性卡尔曼滤波器的状态估计效果进行了对比,证明了在同等条件下无迹卡尔曼滤波的估计效果更优;为保障半潜式浮台在机动状态下的估计效果,研究了交互式多模型算法的基本结构与原理,设计了基于无迹卡尔曼滤波的交互式多模型卡尔曼滤波器,并对设定的浮台运动形式进行状态估计,仿真结果证明结合无迹卡尔曼滤波的交互式多模型卡尔曼滤波器具有较好的鲁棒性,适合作为SINS/GPS组合导航算法中的参数状态估计器。在上述研究的基础上,讨论了子系统SINS与GPS之间的耦合模式与校正方式,选用松耦合与反馈校正为基本组合方式,以误差方程为基础推导得到SINS/GPS组合导航算法;结合浮台的实际运动情况,在一定理想化简化的基础上设计了航迹生成器与惯性器件仿真器,生成了设定运动状态下的组合导航算法输入数据,对动态条件下的组合导航系统算法进行仿真,能为导航系统的后续工程设计提供依据。在完成组合导航算法数学模型搭建的基础上,利用Matlab/Simulink数学软件作为主要研究工具进行联合编程,最终结果证明组合导航很好地克服了SINS误差随时间增大的趋势,且其效果优于单独的GPS导航,可以保障半潜式浮台的长时间导航的需求。