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基于资源、科考、航线和军事价值，使得北极地区的战略地位凸显。极区导航技术则是保证极区运载工具导航定位以及极区安全可靠活动的一个重要基础，这就要求导航设备必须具备全球导航能力。而现在研制的惯性导航设备大多数仅适用于中低纬度区域，不适用于包含极区在内的高纬度区域。对于惯性导航系统(Inertial Navigation System INS)，由于极区经线快速收敛，且最终汇聚一点，使得经典指北惯导力学编排在极区出现方位陀螺施矩困难、计算溢出和误差放大等问题;同时其误差模型的方位误差总含有与载体初始纬度的正切函数成正相关的误差项，从而对于初始对准系统其也不是一个最优对准模型，且会造成极区初始对准模型失效。为了克服指北惯导建模的缺陷，在极区通常采用游移方位编排，然而由于其仍以传统定位定向导航信息（经、纬度和指北航向）作为导航输出，从而无法在极区输出有效的导航信息。进而，格网坐标系和横向地球坐标系被提出，且通过重新定义新的定位定向参考来保证其有效的极区导航信息输出。然而，由于格网和横向坐标系的建立未考虑导航坐标系之间的物理切换问题，从而其仅可以用于捷联惯导系统(SINS)，而无法解决平台惯导系统(PINS)的极区导航问题，同时不能对惯导系统（SINS和PINS）的编排方案进行统一。此外，在考虑惯导系统的全球导航执行能力时，上述的任何一种力学编排方案都不能单独的实现全球导航，从而也可称它们为局部惯性导航系统。故通常采用联合编排的方案，即“指北+格网/横向”联合编排方式，这样则会破坏惯导系统的完整性、连续性和唯一性;且多种全球导航方案共存也将不利于导航系统之间的相互通信和交互。另一方面，对于传统全球初始对准算法，在中低纬度区域，通常采用指北惯导建模，而在高纬度极地地区，则采用格网或横向惯导建模来实现其全球初始对准过程，则多种初始对准算法共存的方式来实现其全球初始对准过程也将不利于实际工程的实施。
针对上述现状，本文从全球导航角度出发，重点对惯性导航系统的全球导航方案和全球初始对准方案两个关键技术进行探索研究;期望探索一种同时适用于捷联惯导系统和平台惯导系统的全球导航方案，实现导航解算算法全球范围的统一;也期望探索一种统一的全球初始对准方案，从而对惯导系统的全球初始对准算法进行统一。基于此，对于全球惯导系统的导航算法研究，本文主要围绕以下四方面内容进行展开:
(1)首先对目前常用的惯导系统力学编排方案（包括指北、游移、格网和横向惯导编排）进行研究分析;根据分析并考虑到惯导系统在全球范围实现时导航坐标系切换的连续性、编排方案统一性以及初始对准模型全球最优性，提出了基于伪类地坐标系的伪惯导力学编排方案。采用伪惯导建模的惯导系统可以在全球范围内保证物理平台的平稳切换，从而实现惯导系统编排方案(SINS和PINS)的统一，且其切换逻辑也是非常简单的，可以减少切换程序设计复杂度;同时，其初始误差模型总是等价于传统指北惯导建模在赤道附近的误差模型，从而可以实现惯导系统初始对准模型全球范围内最优。
(2)从全球导航出发，提出基于伪惯导建模的全球导航方案，将整个惯导系统的实现分成两个执行单元完成，即包括独立自主的导航解算单元(NC Unit)以及可同时平行执行的参数转换单元(PT Unit)。此导航方案可以实现惯导系统导航算法全球范围内的内在统一;且其不仅适用于SINS而且可以用于PINS，从而保证惯导系统实施编排方案全球范围内的统一;同时，其也方便同其它局部导航系统进行交互通信，仅不同的PT单元是必要的。
(3)考虑到伪惯导建模可以在全球范围内消除由惯导建模造成对INS初始对准性能影响，并有望实现惯导系统Kalman-based初始对准算法在全球范围内统一;同时其误差模型全球最优，也可在中低纬度区域进一步改善SINS初始对准性能，从而分别对伪惯导建模的全球静态对准、行进间对准以及极区方位大失准角初始对准进行了详细研究。此外，针对极区行进间对准的位置误差漂移影响其最终转换精度，提出了采用逆向导航辅助其过程并利用已知的常值初始变换矩阵进行转换的方式来对其进行消除。进而，通过试验对伪惯导建模的Kalman-based初始对准算法进行验证。结果表明其可以有效解决极区初始对准系统的对准模型问题，同时在中低纬度区域也具有优良的性能。最后，根据研究分析结果，提出了伪惯导建的捷联惯导Kalman-based全球初始对准方案。
(4)对于载体在机动和外部干扰情况下的惯性系（凝固坐标系）姿态确定初始粗对准算法，分别对SINS实际应用的晃动基座和外部速度（包括Vn和Vb）辅助的行进间初始对准进行了分析研究。此外，针对Vb辅助的SINS行进间对准算法存在着原理性模型误差以及不同速度模式多级姿态确定算法存在的对准精度恶化现象进行改进，提出了双速度模式多级姿态确定初始对准算法。改进的多级姿态确定初始对准算法不仅可以消除传统Vb辅助算法的模型误差，同时还可以大大弱化不同速度模式姿态确定算法的恶化现象，从而其可以提高传统Vb辅助算法的对准精度并具有更好的统计特性。最后，提出了采用伪惯导建模来实施SINS全球姿态确定初始对准，从而解决传统指北惯导建模出现的极区对准模型失效问题，同时实现姿态确定初始对准算法全球范围内的统一。
针对上述现状，本文从全球导航角度出发，重点对惯性导航系统的全球导航方案和全球初始对准方案两个关键技术进行探索研究;期望探索一种同时适用于捷联惯导系统和平台惯导系统的全球导航方案，实现导航解算算法全球范围的统一;也期望探索一种统一的全球初始对准方案，从而对惯导系统的全球初始对准算法进行统一。基于此，对于全球惯导系统的导航算法研究，本文主要围绕以下四方面内容进行展开:
(1)首先对目前常用的惯导系统力学编排方案（包括指北、游移、格网和横向惯导编排）进行研究分析;根据分析并考虑到惯导系统在全球范围实现时导航坐标系切换的连续性、编排方案统一性以及初始对准模型全球最优性，提出了基于伪类地坐标系的伪惯导力学编排方案。采用伪惯导建模的惯导系统可以在全球范围内保证物理平台的平稳切换，从而实现惯导系统编排方案(SINS和PINS)的统一，且其切换逻辑也是非常简单的，可以减少切换程序设计复杂度;同时，其初始误差模型总是等价于传统指北惯导建模在赤道附近的误差模型，从而可以实现惯导系统初始对准模型全球范围内最优。
(2)从全球导航出发，提出基于伪惯导建模的全球导航方案，将整个惯导系统的实现分成两个执行单元完成，即包括独立自主的导航解算单元(NC Unit)以及可同时平行执行的参数转换单元(PT Unit)。此导航方案可以实现惯导系统导航算法全球范围内的内在统一;且其不仅适用于SINS而且可以用于PINS，从而保证惯导系统实施编排方案全球范围内的统一;同时，其也方便同其它局部导航系统进行交互通信，仅不同的PT单元是必要的。
(3)考虑到伪惯导建模可以在全球范围内消除由惯导建模造成对INS初始对准性能影响，并有望实现惯导系统Kalman-based初始对准算法在全球范围内统一;同时其误差模型全球最优，也可在中低纬度区域进一步改善SINS初始对准性能，从而分别对伪惯导建模的全球静态对准、行进间对准以及极区方位大失准角初始对准进行了详细研究。此外，针对极区行进间对准的位置误差漂移影响其最终转换精度，提出了采用逆向导航辅助其过程并利用已知的常值初始变换矩阵进行转换的方式来对其进行消除。进而，通过试验对伪惯导建模的Kalman-based初始对准算法进行验证。结果表明其可以有效解决极区初始对准系统的对准模型问题，同时在中低纬度区域也具有优良的性能。最后，根据研究分析结果，提出了伪惯导建的捷联惯导Kalman-based全球初始对准方案。
(4)对于载体在机动和外部干扰情况下的惯性系（凝固坐标系）姿态确定初始粗对准算法，分别对SINS实际应用的晃动基座和外部速度（包括Vn和Vb）辅助的行进间初始对准进行了分析研究。此外，针对Vb辅助的SINS行进间对准算法存在着原理性模型误差以及不同速度模式多级姿态确定算法存在的对准精度恶化现象进行改进，提出了双速度模式多级姿态确定初始对准算法。改进的多级姿态确定初始对准算法不仅可以消除传统Vb辅助算法的模型误差，同时还可以大大弱化不同速度模式姿态确定算法的恶化现象，从而其可以提高传统Vb辅助算法的对准精度并具有更好的统计特性。最后，提出了采用伪惯导建模来实施SINS全球姿态确定初始对准，从而解决传统指北惯导建模出现的极区对准模型失效问题，同时实现姿态确定初始对准算法全球范围内的统一。