作为最常用的火力打击手段之一,火炮在战争中的作用十分重要。然而常规火炮精度较低,通常需要发射大量弹药来实现战术目标,显然无法满足现代战争对于武器智能化、信息化的要求。因此常规火炮弹药的制导化改造十分必要。INS/GNSS组合制导方式结合了INS独立自主、短时精度高和GNSS长时导航误差不发散的优点,成为了目前主流的制导方案。组合导航系统在开始工作前需要进行初始对准以获取精确的弹体姿态信息,本文以此为背景设计了一种针对弹载INS/GNSS组合系统的空中对准算法,并就相关关键技术展开了研究。首先,本文就弹载惯性器件零偏对多矢量构建精度的影响进行了分析,针对性地提出了一种改进型的多矢量构建算法。通过改变矢量构建过程中的积分方式,缩短了积分时间,抑制了加速度计零偏误差随时间累积引起的误差;通过建立卡尔曼滤波模型,利用GNSS的测量信息对陀螺仪的零偏进行辨识,并反馈到多矢量构建过程中,消除了陀螺仪零偏对多矢量精度的影响。其次,本文分析了传统多矢量姿态最优估计算法在弹载平台上存在的问题和不足,针对传统算法运算复杂导致对准速度慢的问题提出了一种基于梯度下降的空中对准姿态快速估计算法,并推导了关于欧拉角的多矢量代价函数及其梯度函数。该算法可以使待估计的姿态参数,沿着能够使代价函数值下降最快的方向不断接近真实的初始姿态。对比传统的算法,该方法不需要任何复杂的运算即可快速高精度地完成空中对准,显著减少了计算量,也降低了对导航处理器运算能力的要求。最后,对本文算法与其他算法进行了对比仿真分析。分别采用常规方法和改进方法来构建多矢量,再利用本文提出的基于梯度下降的姿态估计算法和经典QUEST姿态估计算法对初始姿态进行计算。仿真结果表明,使用改进型多矢量构建方法后,两种姿态估计算法的俯仰、滚转、偏航角最大误差从0.50°、6.55°和0.58°减小到了0.09°、0.70°和0.07°,精度提高了一个数量级。而且相比于传统算法,本文提出的梯度下降算法的对准时间从20.4s缩短到了9.6s,在保证精度相同时,加快了对准速度,提高了算法效率。此外,本文还分析了不同批量条件下梯度下降法的性能表现,仿真结果表明,随着批量的减小,算法的运行效率将逐渐提高,当批量增大时,算法的精度和鲁棒性显著提升,因此该算法具有较大的灵活性,可以适用于不同的使用环境。在本文仿真设定的条件下,当批量=60时,可以达到与标准梯度下降法相当的精度和鲁棒性,且显著缩短了对准时间。综上所述,本文设计的制导炮弹用INS/GNSS组合系统空中对准算法对弹体初始姿态参数的获取起到了较大作用,具有一定的工程应用价值。