近年来,随着航空航天技术的发展,人类开始将目光聚集到一片新的领域——临近空间,由于其潜在的巨大的经济价值和军事价值,临近空间飞行器已成为各航空航天大国研究的热点。亚轨道飞行器作为临近空间飞行器的一种,有其独特的价值。导航系统是亚轨道飞行器GNC系统的基础,本文对亚轨道飞行器组合导航方案、模型和算法进行了研究。主要内容包括:1.通过分析现阶段各种单一导航系统的优缺点,提出了适合亚轨道飞行器的组合导航方案。大气层内飞行时采用卫星定位导航系统辅助惯性导航系统,大气层外飞行时采用卫星定位导航系统和天文导航系统共同辅助惯导的组合导航方案。2.介绍了指北方位惯导系统的力学编排,捷联惯性导航系统的算法;天文导航系统的定位、定姿原理和方法以及全球定位系统的原理和方法。对惯性导航系统的误差状态及其元器件误差、星敏感器误差、GPS接收机误差进行了分析和建模。3.利用GPS系统提供的位置、速度、伪距、伪距率信息,天文导航系统提供的载体姿态信息或者星体高度角和方位角信息,建立了惯性/GPS组合、惯性/天文组合和惯性/GPS/天文组合的量测模型和组合导航系统的联邦卡尔曼滤波器。4.对不同组合模式的性能进行了仿真计算和结果分析。首先,对纯惯性导航系统,惯性/GPS组合导航系统,惯性/天文组合导航系统进行了仿真计算;其次,对惯性/GPS/天文组合导航系统,利用设计的联邦卡尔曼滤波器进行了仿真。仿真结果表明:惯性/GPS组合系统对位置、速度有较好的校正作用,对姿态的校正作用不大;惯性/天文组合系统对姿态有较好的校正作用,对位置校正也有明显效果;惯性/天文惯性/GPS/天文组合导航系统对位置、速度、姿态都有良好的校正作用。