随着技术的进步,原本应用于军事领域的各种导航技术已应用于民用领域或正在向民用领域推广。在民用领域,导航系统的安全性至关重要,完好性作为对导航系统安全性的一种衡量是评价一个导航系统优劣的重要标准。自主导航是一种不借助人工设置的目标和信息源的导航仪器来引导物体运行的导航方法,惯性导航就是一种自主导航,包含惯性导航的组合导航也可以归于自主导航。导航系统需要获得测量信息进行导航解算,本文将重点研究如何通过故障检测来提高导航系统的完好性。首先,对惯性导航系统进行仿真分析。惯性导航系统为了确定运动物体的初始姿态要先进行初始对准。初始对准包括粗对准和精对准,精对准用卡尔曼滤波器估计粗对准的误差。本文提出了改进的精对准算法,利用两个加速度计的输出和陀螺仪的三个输出共五个值作为卡尔曼滤波器的观测值。建立数学模型模拟陀螺仪和加速度计的输出,并搭建了惯性导航系统仿真平台,对改进的精对准进行了仿真分析。仿真结果显示改进的精对准算法提高了对方位误差角的估计精度。其次,仿真分析了GPS导航系统,并在惯性导航系统平台上结合GPS导航系统,分别仿真松组合导航和紧组合导航,对不同导航系统的仿真结果进行比较分析。搭建的仿真平台为之后的故障检测研究做铺垫。然后,对故障检测展开研究。首先介绍最优奇偶矢量法,它是多故障检测的基础,发现最优奇偶矢量法存在缺陷,不同观测值中的故障有可能使残差变小,不利于对故障的检测。为了解决这个问题,本文提出了改进的最优奇偶矢量法,仿真比较传统的方法和改进的方法对故障的检测效果,仿真结果表明改进的最优奇偶矢量法有效地解决了残差变小的问题。实际情况中观测精度可能不同,仿真比较残差标准化法和加权奇偶矢量法对故障的检测效果,分析加权奇偶矢量法的优势。另外本文发现,当卡尔曼滤波器中待估值的个数远远大于观测值的个数的时候,无法使用最优奇偶矢量法检测观测方程中的故障,因此构造新的统计量检测其中的故障,仿真验证了新的统计量对故障具有较好的检测效果。最后,研究在GPS和组合导航系统中引入故障检测的方法和可行性。仿真验证了本文提出的故障检测算法在这些导航系统中能有效地检测出故障。