单个导航设备已经无法满足舰船导航系统对高精度、高可靠性、低成本的要求，现实、有效的解决思路是发展多传感器的组合导航系统。国内外关于组合导航系统的研究发展很迅速，舰船组合导航的研究也是研究热点之一。本文以船舶工业国防科技应用、基础研究基金项目(No.4.18)为课题支持，结合舰船导航的实际情况，对组合导航系统的信号处理和滤波方法进行了研究。在联邦滤波中引入非线性滤波技术的研究成果，建立了基于Unscented卡尔曼滤波的舰船组合导航系统。充实了导航系统滤波技术的理论基础，使将来在实际型号舰船中采用联邦滤波技术成为可能。 本文主要完成的工作包括： 1)对舰船导航系统的国内外发展状况、组合导航和滤波理论在组合导航中的应用等方面作了全面总结。然后分别根据捷联惯性导航系统、GPS导航系统、多普勒导航系统的特点，进行误差分析，建立各自的误差模型和状态方程，为舰船组合导航系统的深入研究奠定基础。 2)分别对卡尔曼滤波、分散卡尔曼滤波和联邦卡尔曼滤波的原理和算法进行了研究，联邦卡尔曼滤波器采用“信息分配”原则，把全局状态估计信息和系统噪声信息重置各子滤波器，但不改变子滤波器算法的形式。联邦滤波算法实现简单、信息分享方式灵活、具有良好的容错结构。联邦滤波器按照信息分配系数的不同，可有不同的结构和特点，文中分析了四种联邦滤波结构在计算速度、精度及容错性方面的各自特点。 3)根据舰船导航系统的特点，首次在舰船组合导航中使用联邦滤波技术，建立了一个由SINS/GPS子滤波器、SINS/Doppler子滤波器和主滤波器组成的，采用联邦滤波结构的舰船组合导航系统。联邦滤波中信息分配系数的选择方法是一个关键技术，文中提出一种联邦滤波器信息分配系数的优选算法，可以提高局部滤波器的精度和故障检测灵敏度。通过对舰船组合导航系统联邦滤波的仿真实验可以得出，由有重置的联邦滤波器获得的精度与由集中滤波器获得的精度几乎相同，无重置的联邦滤波器精度稍有下降。在联邦滤波器容错方面，提出残差χ2检验、状态χ2检验两种故障检测方法和容错联邦滤波算法，并以SINS/GPS/Doppler组合导航系统为例验证了方法的可行性和有效性。 4)以广义卡尔曼滤波、粒子滤波和Unscented卡尔曼滤波等非线性滤波理论和方法为基础，对非线性滤波方法在联邦滤波中的介入和应用方法进行研究，首次建立了一种基于Unscented卡尔曼滤波的联邦滤波器。通过对现有滤波方法的改进，成功应用于非线性舰船导航系统中，仿真和车载实验结果证明了这种联邦滤波器是一种高精度的导航系统，它比常规的组合导航系统有更高的精度。 主要创新成果体现在以下几个方面： 1)率先建立了由两个子滤波器和一个主滤波器组成的，采用联邦滤波结构的舰船组合导航系统。联邦滤波器采用容错联邦滤波的算法和结构，公共参考系统采用捷联惯性导航系统，两个子滤波器分别为SINS/GPS子系统和SINS/Doppler子系统。 2)设计了一种联邦滤波信息分配系数的优选算法。信息分配系数定义为局部滤波和全局滤波一步预测状态信息阵的迹之比，不再是一个常量。最初先设定一个初值，随着迭代次数的增加，自动调整信息分配系数，使其最终趋于某个稳态值。它不改变联邦滤波的全局最优性，并且可以提高局部滤波器的精度和故障检测灵敏度。 3)针对非线性高斯分布问题，Unscented卡尔曼滤波是一种精度高、使用方便的滤波方法。基于Unscented卡尔曼滤波的联邦滤波器是本文首次使用的一种新型的滤波方法，它以Unscented卡尔曼滤波理论为基础，结合联邦滤波理论的现有成果，对滤波方法进行改造，使其成功应用于非线性舰船导航系统中。车载试验结果表明，它比常规的组合导航系统有更高的精度。 联邦卡尔曼滤波技术是国外最新发展的舰船组合导航系统信号处理技术。通过研究联邦卡尔曼滤波技术，能够提高舰船导航系统的精度和可靠性，改善实际舰船导航系统的性能，使其更好地完成职能任务。因此，本文的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。