导航,是指将运载体从起始点引导到目的地的技术或方法,其应用已经渗透到人类生产生活的方方面面。科技的进步和社会的发展对精准导航定位提出了越来越高的要求,诸多情况下单一导航系统不能满足用户对精度、可用性和可靠性的要求。因此,需要多种导航系统同时进行测量,并对导航信息综合处理,从而得到更为准确可靠的结果,提升导航定位的服务能力。全球卫星导航系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)两种导航技术优劣互补,是目前最为实用的组合导航形式,也是研究的热点。基于此,本文选择GNSS和INS组合导航为研究对象,首先开展了关于GNSS定位测速和INS定位测速的基础算法研究,并对GNSS/INS的松组合、紧组合算法进行了研究和实现。在此基础上,拓展提出了基于载体运动模式进行非完整性约束的方法,有效改善了INS在较长时间失锁时的导航性能;拓展研究了RTS平滑滤波算法,有效提高了GNSS/INS组合导航后处理算法精度。此外,为进一步降低组合导航系统的成本,提高组合系统精度,基于北斗卫星导航系统与低成本惯导器件进行组合,实现了北斗RTK和低成本INS的组合导航算法,在实际应用中取得了较好的效果。本文的研究内容主要由三部分组成:一、GNSS定位测速算法,涉及GNSS概况,GNSS定位测速原理以及算法实现等;二、INS定位测速定姿算法,涉及INS原理,INS姿态位置速度更新算法,INS误差分析等;三、GNSS/INS组合导航算法及其增强模型,涉及GNSS/INS松组合、紧组合模型,非完整性约束算法,基于RTS平滑滤波的GNSS/INS高精度后处理算法,以及基于北斗RTK和低成本INS的组合导航算法。本文的主要工作和成果如下:(1)完成了GNSS定位算法SPP,PPP,RTK和测速算法Doppler测速,TDCP测速的模型推导和算法实现,并采用IGS站数据进行了解算分析,验证了算法的正确性。结果表明,采用RTK算法能快速实现载体的厘米级高精度定位,PPP算法在收敛后也能达到厘米级的精度;相比Doppler测速,TDCP测速方法具有更高的测速精度;(2)在定义了导航常用坐标系并推导了相应转换关系的基础上,详细给出了INS进行位置、速度、姿态更新的算法,并通过扰动分析,推导了INS的误差模型。同时基于仿真数据测试,验证了算法的可行性。结果表明,惯性导航系统短期精度较高,但误差随时间快速累积增长,难以实现较长时间的自主导航定位;(3)介绍并推导了GNSS/INS松组合、紧组合的数学模型,给出了进行GNSS/INS数据处理的流程,在此基础上实现了GNSS/INS的松紧组合算法,并通过实测数据验证了少于4颗卫星时紧组合算法的优势。为进一步提高GNSS/INS组合导航精度,推导实现了RTS平滑滤波算法,通过有效利用量测信息进行正反向滤波,明显减小了组合导航系统的定位、测速、姿态误差。考虑到车载组合导航系统实践应用中,经常会遇到GNSS失锁的情况,提出了利用车载GNSS/INS运动特点,进行非完整性约束,并通过实测数据进行了验证。结果表明,非完整性约束能在一定时间内,有效减少INS的累积误差,从而在GNSS较长时间失锁时,持续输出较为可靠的导航定位信息;(4)基于我国自主研制、自主运行的北斗卫星导航系统和低成本MEMS IMU,推导了低成本GNSS/INS系统的数学模型,实现了BDS RTK/MEMS INS的组合导航算法,并采用实测数据,对低成本组合导航系统的定位、测速、测姿性能进行了分析评估。结果表明,低成本的北斗RTK与MEMS级别的低精度惯导系统进行组合,能提供较好的定位测速结果,具有一定的实用价值。