本文给出了一种利用重力信息来校准惯性导航系统的方法。它根据重力实测数据和重力图数据,按一定的算法作相关分析,进行重力图匹配,得到最佳的位置,然后利用位置误差作为观测量进行卡尔曼滤波,得到其它运动参数的最优估计,从而对惯性导航系统的导航状态做出修正,得到最优导航状态。具体研究内容如下：　　 ⑴阐述了重力场模型与惯性导航的关系。基于重力场数学模型可以区分载体运动的惯性加速度和重力加速度,准确地得到载体的真实加速度,从而可精确地构建重力方程式。参考椭球描述的重力场,对于一般的导航系统其精度是足够的,但是,对于高精度导航系统则需要精细重力场模型,球面调和重力势能构成的具有分米级精度的全球重力场模型EGM96能够满足高精度导航系统的需求。本文基于拉普拉斯方程简单地推导了球面调和模型的数学表达式和重力异常的球谐展式,并在此基础上给出了当前重力场模型及其分类,计算并绘制中国局部重力场。　　 ⑵在前述重力场模型的基础上,详细推导地心惯性坐标系、地心地球固连坐标系、当地大地垂线坐标系等导航坐标系的状态空间表达式,然后具体推导了固定指北方位平台惯性导航系统的导航方程和误差方程,并利用MATLAB平台的Simulink作动态系统仿真研究给出了仿真结果。　　 ⑶基于相关极值导航系统理论的重力匹配算法研究。首先用双线性插值法来提高已有数字重力异常图的分辨率和精度,得到机载数字重力异常图数据库。在匹配过程中,按导航仪表显示位置查表得到载体先验位置的重力异常值,再根据重力仪的测量值利用相关极值法搜索载体的真实位置。　　 ⑷研究了数字重力异常图的分辨率和精度对重力匹配的影响。鉴于已有数字重力异常数据库分辨率和精度不高,提出了双线性插值法来提高重力异常图的分辨率和精度,仿真结果表明,在一定范围内,重力匹配位置的精度随数字重力异常图分辨率和精度的提高而提高。　　 ⑸以固定指北方位平台惯导系统进行系统仿真。在前面分析的基础上,建立固定指北方位平台惯导/重力匹配组合导航系统的数学模型,分析系统的误差来源,列出了比较全面的扩展Kalman滤波状态方程,利用重力匹配得到的最佳位置与载体先验位置之差和重力仪测得的速度与先验速度之差作为观测量进行Kalman滤波。仿真结果表明,重力/惯性匹配导航系统能有效地修正系统的状态误差。