随着科学技术的不断发展,无人机的功能愈加全面、用途愈加多样,传统依靠单架无人机执行任务的模式很难适应现代复杂的战场形势,因此,利用多架无人机进行编队是无人机发展的一个重要方向,而无人机间的相对导航是支撑协同编队飞行的关键技术。在本论文中,以长机-僚机这一编队形式为例,对基于惯导和VisNav的相对导航方法进行深入研究。全文主要研究内容如下:首先,系统调研与相对导航有关的国内外研究现状,包括相对导航系统研究现状、导航滤波器研究现状和非线性滤波算法研究现状,分析相关传感器及方法的优缺点和适用条件,给出论文研究的主要内容。之后,论文给出常用坐标系的定义和相继旋转方法,基于相对姿态运动关系推导相对姿态方程,基于长机和僚机间的相对位置关系推导相对平动方程;研究惯导、VisNav和GPS的测量原理,建立它们的相应模型,完成相对导航系统建模,为后续导航滤波器的设计奠定基础。然后,论文给出扩展卡尔曼滤波的基本原理,给出基于球面-径向容积规则的采样方法,推导容积卡尔曼滤波的主要步骤;根据长机和僚机间的相对运动方程,结合惯导的测量信息推导相对惯导方程作为状态方程;根据VisNav的测量原理,结合测量量与滤波状态的关系推导测量方程;利用状态方程和测量方程,设计基于容积卡尔曼滤波的相对导航滤波器,并开展数学仿真分析。最后,对基于多传感器信息融合的相对导航方法进行研究,给出三种不同的信息融合结构,包括集中式、分层分布式和完全分布式;研究信息滤波理论,利用球面-径向容积规则推导容积信息滤波算法;考虑到GPS在无人机中的广泛应用,论文利用多传感器信息融合方法设计出基于惯导、VisNav和GPS的相对导航滤波器,既提高了滤波器的可靠性,又降低了相对导航误差。