空天飞行器具有高超声速、大机动和远程长航时等飞行特性,其飞行环境的恶劣性、任务艰巨性对导航系统的精确性、稳定性、自主性都提出了很高的需求。我国北斗导航系统已经覆盖亚太地区,预计2020年实现覆盖全球的宏伟目标,北斗导航系统使我国摆脱了对GPS等其他卫星导航系统的依赖,对国防安全有着重要的战略意义。北斗导航系统定位导航精度高,但易受电磁干扰和欺骗,在战争期间极易处于不可使用状态。惯性导航系统具有短时间内精度高、不受电磁干扰、全自主性等优点,与北斗导航系统组合的方式可抑制惯性导航系统随着时间逐渐发散的趋势,成为我国未来飞行器的主要导航手段。本文针对空天飞行器在执行特殊任务期间对导航系统的高要求,开展了天文和气压辅助的惯性/北斗紧组合导航系统的理论研究与实现。惯性/北斗紧组合导航系统相对于松组合导航系统,对北斗可见星数目没有苛刻要求;相对于深组合导航系统,易于工程实现。基于惯性/北斗紧组合导航系统的这一优势,开展了惯性/北斗紧组合导航系统的误差模型分析,建立了组合导航系统的状态方程和量测方程。并对所搭建的模型进行了仿真验证,仿真结果表明了本文所分析的误差模型以及组合模型的正确性与合理性。在空天飞行器在动态飞行过程中,北斗可见星数目动态变化,且卫星导航测量信息易受干扰和欺骗,导致北斗星历信息的质量时好时坏。针对北斗星历信息的不稳定性及易欺骗特性,开展了惯性/北斗紧组合自适应滤波算法研究和故障检测算法研究。基于北斗可见星的数目及北斗卫星几何构型,实时调整滤波器中北斗伪距、伪距率量测噪声矩阵值,以达到自适应的效果。传统的?~2故障检测只能检测出系统故障,无法识别故障星。因此本文基于传统?~2故障检测的基础上,利用新息的动态特性来识别故障星并剔除,使健康星仍然可以辅助惯性进行高精度导航。仿真结果表明,本文所研究的故障检测算法以及自适应滤波算法,可以大幅度提高惯性/北斗紧组合导航系统的稳定性和精确性。在恶劣的飞行环境中,惯性/北斗组合导航系统的姿态精度、高程精度无法满足空天飞行器对导航系统的高要求。为了更进一步提高导航系统的精确性和稳定性,本文提出了天文和气压辅助惯性/北斗紧组合导航系统的辅助方案。利用天文信息辅助系统的姿态信息,利用气压高度信息改善高度通道的稳定性。分别给出了天文辅助、气压辅助、天文和气压同时辅助的具体方案,并对所提出的辅助方案上进行了仿真验证分析。结果表明,天文信息的引入可以大幅度空天飞行器姿态角的精度,气压高度信息可以明显改善组合导航系统高度通道上的不稳定性。在上述的理论算法研究基础上,本文基于Qt Creator开发了可跨平台移植的组合导航系统样机。该组合导航样机硬件部分由导航计算机、北斗软件接收机、MTI-700惯性元件等组成。软件部分采用多线程并发的模式进行工作,可在Windows系统和Linux系统平台之间进行跨平台移植,提高了系统的可裁减性、降低了不同工作模块之间的耦合性,易于系统的维护和开发。该导航样机可以直观显示传感器原始数据和导航数据,具有网络通信功能、二维轨迹显示功能和地图调用功能。最后,通过所研发的导航样机进行了实测数据动态实验。实验结果表明,导航样机可以长时间稳定工作,能够连续输出高精度的导航信息,从而对本文所研究的理论内容的工程实现提供了有益的参考。