随着“数字地球”、“智慧城市”等理念的不断普及,人们对室内外高精度定位、导航、授时服务的数量、质量及其更新速度的需求日趋复杂。传统、单一的导航定位手段已无法满足位置服务的需求。融合多种传感器,适应复杂应用环境,高效、稳健的室内外无缝导航定位系统成为了实时获取空间信息的一种新趋势。本文以实现室内外一体高精度导航定位为研究目标,在卫星/惯性组合导航定位技术的基础上,以视觉传感器辅助高精度导航定位方法为主要研究内容,围绕高精度时空信息配准、高精度视觉定位、鲁棒高效融合算法和导航定位精度评估等关键问题进行了研究,论文主要的主要工作和创新点总结如下:1、结合室内外一体导航定位的实际应用环境和精度需求,设计了一套高精度视觉传感器Spatial CAM,可在氙气闪光灯、近红外LED灯和自然光照辅助下清晰成像。采用近红外光源辅助成像时,可有效地避免出现光照污染的情况,提高了室内导航定位的实用性。同时,采用十参数/有限元混合模型对镜头畸变进行精确校正,使视觉传感器的理论测量精度达到八万分之一,满足室内高精度定位的需求。2、针对目前传感器高精度空间信息配准方法公开文献较少的情况,提出了三种可行的传感器空间信息配准方案:间接量测辅助空间信息配准、直接地理参考辅助空间信息配准和状态估计辅助空间信息配准的方法。通过理论推导和实验验证,系统分析和对比了三种方法可达到的安置参数精度和各自的适用范围。3、详细研究了基于合作特征的高精度视觉定位技术。针对复杂场景合作特征高精度建库效率较低的问题,提出了一种融合点云/影像信息融合的特征提取和建库方法,采用附加点云观测信息的光束法平差方法对合作特征点位精度进一步进行整体优化。针对高分辨率图像处理的时效性问题,提出了一种结合预测帧信息和导航定位信息的自适应动态窗口搜索方法,优化了高分辨率图像实时处理速度,提高了特征检测的效率。针对相机稳健位姿参数解算问题,采用抗差岭估计优化空间后方交会解算,有效减弱测量粗差和复杂观测条件对视觉定位的干扰,提高了视觉定位的精度和可靠性。4、详细研究了视觉/卫星/惯性多源融合高精度定位方法。为解决传感器更新速率不一致问题,采用多速率量测信息更新的方法实现卫星/惯性/视觉信息的有效融合,该方法可以根据实际情况调整组合导航系统的观测信息,进行量测更新,以实现传感器数据的最优融合。利用冗余的影像信息,采用序列影像光束法平差和虚拟影像光束法的方法提高导航定位系统的后处理精度,增强了组合导航系统整体的可用性。结合本文提出的实时定位和后处理优化算法,设计了相应的实时视觉信息处理模块和事后视觉信息处理模块。采用分布式系统的设计思路,在用户端实时解算定位结果,在主机端进行后处理优化,提高了组合导航解算的整体精度。5、探讨了高精度导航定位系统精度评估问题。针对室外场景存在外界干扰多、载体动态变化大的情况。结合全站仪、激光跟踪仪、GNSS授时装置等传感器,设计了一套室外动态定位精度检测系统。采用单次测量时间统计、平滑曲线拟合、ICP轨迹修正等方法提高检测系统的整体性能。针对室内场景存在空间基准传递过程复杂、遮挡严重的情况。在空间基准优化传递的基础上,基于OptiTrack动态捕捉系统设计了一种室内动态定位精度评估方法。实验时,通过动态点位对比和整体轨迹对比的方法,分别在室内和室外场景对导航系统进行定位精度评估。