全球定位系统和惯性导航系统在各自的领域范围内都有着得天独厚的优势和无法替代的地位,但是同时也都存在着难以弥补的缺陷,如果用一种恰当的方式将两者构成组合系统,取其长处、避其短处,那么对于组合系统来说,无论是导航的精度还是性能方面都将进一步的提高。GPS/INS组合导航系统具有明显的优势:当GPS遭遇卫星信号失锁无法进行导航的时候,组合导航系统在短时间内采用INS的导航结果,从而保持导航的连续性;组合导航系统可以综合利用GPS与INS的观测值对系统误差进行精确改正,使导航的精度进一步提高;组合导航系统可以利用INS的精确观测值辅助GPS实现整周模糊度的快速固定,还可以辅助GPS进行周跳探测与修复;组合导航系统的抗干扰能力得到了加强,同时也具有更好的鲁棒性。无论是测绘领域还是在其他领域,GPS/INS组合导航的应用前景都非常的广阔,但由于我国相关的研究起步较晚,其整体水平与国外仍有差距,因此有必要开展此方面的研究。另外,我国正在大力发展北斗卫星导航系统,研究GPS/INS组合导航,也可以为北斗与INS的组合打下良好的基础。面对高楼林立、日益复杂的城市环境,GPS可能由于可见卫星数不足而无法导航定位,因此研究GPS/INS组合导航是势在必行的,尤其是GPS/INS组合导航还能够提供载体在运动中的姿态信息。GPS/INS组合导航一般分为三种:松组合、紧组合和深组合。松组合是将GPS和INS各自解算得到的位置和速度信息在卡尔曼滤波器中进行组合,估计出INS的导航参数误差和惯性元器件误差并进行反馈校正,这是GPS辅助INS的模式。紧组合是利用GPS接收机的原始观测值,如载波、伪距、伪距率等作为卡尔曼滤波器的观测值进行组合导航解算,估计出INS元器件误差与导航参数误差,并进行校正,紧组合属于GPS和INS相互辅助的模式。深组合是一种层次更深、属于硬件层面的组合模式,最主要特点是用INS来辅助GPS信号的跟踪和捕获,属于INS辅助GPS的模式。紧组合相较于松组合有更好的精度和鲁棒性,在可见卫星不足的时候,紧组合能够充分利用现有的观测信息对系统进行量测更新,因此本文主要研究的是紧组合。相较于精度为米级的伪距测量,GPS载波相位测量的精度要高出两个数量级,可以得到厘米级的定位精度,为了进一步提高组合导航的精度,就必须采用载波相位测量的技术。差分技术可以减弱或者消除GPS观测中的许多误差,是提高GPS观测值精度的重要手段。基于以上,本文研究的是基于载波相位差分的GPS/INS紧组合导航算法。本文的主要研究工作如下:(1)提出基于载波相位差分的GPS/INS紧组合算法,并编程实现。载波相位观测无法避免的会遇到整周模糊度这个难题,本文将整周模糊度作为系统状态量,推导了包含整周模糊度的系统状态方程,并推导如何用载波相位双差观测值建立系统观测方程。并在求出高精度浮点解的模糊度后对其进行固定。(2)针对GPS观测值极易受到外界干扰出现粗差的情况,设计了一种基于归一化新息检测的自适应卡尔曼滤波算法。通过引入归一化新息的办法,可以探测出系统观测值是否出现了问题,如果出现了问题,就根据新息的值来实时估计系统噪声协方差矩阵和观测噪声协方差矩阵,通过放大或缩小对应的协方差矩阵,以此来调整观测值和系统预测值的权重比例,从而在一定程度上可以抵御观测值出现粗差的情况。(3)设计了两组实验,分别在开阔环境下和城市环境下对基于载波相位差分的GPS/INS紧组合算法进行验证,并与同等环境下基于载波相位差分的GPS/INS松组合效果进行对比。结果表明,基于载波相位差分的GPS/INS紧组合算法在开阔环境下的精度很高,在城市环境下也可以充分利用现有信息,抑制滤波发散,使组合导航误差不至过大,相比于松组合,其优势巨大。本文也对基于载波相位差分的BDS/INS紧组合效果进行了实验对比,其结果表明,北斗卫星的可用性与精度和GPS卫星相当。