本虚拟仿真实验包括大型客机导航系统组成认知、多源导航系统集成设计、导航系统故障检测与重构设计三个主要环节，针对实验各环节的教学目标设置如下：
1、大型客机导航系统认知
通过大型客机导航系统三维虚拟实物模型，帮助学生了解和掌握大型客机综合导航系统的基本组成和原理，深入理解各个核心部件，如惯性导航系统、卫星导航系统、无线电导航系统、大气导航系统部件细节组成、结构形式和工作原理，为系统综合实验奠定知识基础。
2、多源组合导航系统集成设计
（1）了解大型客机各个飞行阶段的所需导航性能要求（RNP）,掌握大型客机导航传感器性能水平，对各个飞行阶段的导航传感器进行选项和集成，提高学生分析实际工程问题的能力。
（2）了解集中滤波器、联邦滤波器基本结构，掌握导航系统卡尔曼滤波器的参数设计与仿真分析方法，提高学生解决复杂工程问题的能力。
（3）了解实际导航性能（ANP）评估方法，掌握导航系统性能参数分析与优化设计方法，提高学生面对实际工程难题，综合运用所学专业知识进行系统优化设计的能力。
3、导航系统故障检测与重构
（1）了解导航系统基本故障模式，掌握基于解析冗余的故障检测方法和关键指标计算分析方法，提高学生解决复杂工程问题的能力。
（2）了解综合导航系统硬件冗余架构，掌握面向不同飞行阶段的多源组合导航系统故障隔离与降级重构策略，提高学生面对实际复杂工程难题，自主探索，全面分析，不断优化的实践创新能力。
综上所述，针对本校本科生和研究生，本虚拟仿真实验课程通过配合理论课程教学，建立从基础知识认知与储备，到核心知识学习与试验验证，再到知识拓展与创新实践逐层递进式实验教学模式。同时，还可以为大型客机导航系统研发相关技术人员提供一个理论与实践交互验证的平台，通过系统性学习与实践，提高其理论水平，增加其工程经验，推动技术创新并降低研发成本。
本虚拟仿真实验从原理认知到综合设计再到创新设计共分为三个环节，分别为大型客机导航系统认知、大型客机多源导航系统集成设计和导航系统故障检测与重构设计。
1）大型客机导航系统认知
大型客机导航系统认知作为本实验课程的基础环节，主要包括三个子环节：大型客机导航系统组成认知、大型客机导航系统原理与故障认知和大型客机导航系统滤波器架构模型认知，该环节采取提示讲解与自主操作体验相结合的模式，以大型客机为主场景，分别对导航计算机、机载惯性导航系统、卫星导航系统、无线电导航系统、大气导航系统以及飞机导航显示仪表等导航核心部件内外部结构以及机载分布位置进行展示，同时结合关键部件的原理讲解，迅速帮助学生完成对大型客机机载导航系统全面认知和理解为后续实验开展奠定基础。在此基础上，对大型客机各个导航系统的运行原理以及可能的故障情况进行展示，并从理论出发，讲解了多源组合导航系统是如何集成的，即对滤波器架构模型的介绍。学生可以与展示界面上端的学习按钮进行交互，选择进行学习的导航系统知识，通过观察飞机中各个导航系统的机载位置和外部结构并学习相对应的提示信息框，掌握大型客机导航系统的基本原理；借助各个导航系统可能出现的故障情况的展示，学习故障发生的原因以及故障的解决方案；基于卡尔曼滤波器的理论知识，理解多源融合导航系统的集成。
在上述过程中，主要采用了观察法、对比法和图像法等多种实验方法，学习后将掌握大型客机导航系统组成与原理相关知识，知晓各个系统可能出现的故障情况，并且对滤波器架构模型有了理论性的认知，为后续具体设计积累基础知识。
2）大型客机多源组合导航系统集成设计
此环节首先通过理论指导和任务引导，使学生学习不同类型的导航传感器的工作原理，了解影响传感器性能的关键参数。进而能够根据对导航系统性能的整体需求，选取合适种类、精度及性能的导航传感器。在此基础上，通过掌握组合导航滤波器架构设计以及滤波算法的原理，基于组合导航参数设计方法，自主完成卡尔曼滤波器参数的调整，再观察位置、速度、姿态误差以及实际导航性能等指标，凭借性能评估方法，依据多次仿真现象（曲线），比较选取一组最优参数。在整个过程，需要学生根据设计规则调整参数，观察性能指标和仿真现象，并据此寻找规律调整参数，形成一种不断反馈优化的设计流程，从而提高学生解决实际复杂工程问题的能力。
3）导航系统故障检测与重构
此环节首先通过理论指导和任务引导，使学生了解各导航系统的故障类型以及诱因，学生首先通过设置窗口长度和阈值，并通过检测率、检测延迟和漏检率的仿真图，分析得出最佳故障检测参数，确定后执行飞机起飞命令。仿真平台根据各个飞行阶段可能发生的故障形式在故障库中随机选择故障作用于飞机。
学生需要根据给出的故障效果和数据，运用故障检测方法，判断产生故障的类型和原因，结合飞行阶段实际情况，自主选择导航系统的重构方案，最后通过位置、速度、姿态误差性能指标的观察，比较选取一组最优的重构方案。上述综合设计与创新设计环节采用控制变量法、反馈分析法、观察法和比较法等实验方法，指导学生自主操作与不断优化。通过交互式操作，完成实验工作，掌握大型客机导航系统故障检测与重构，不但能让学生掌握故障发生时故障检测的方法以及系统重构的思路。而且在此基础上，通过让学生自主探究系统重构的优化方案，增加实验的自由度和复杂度，带动学生主动思考，开拓创新，培养其不畏艰难，勇于进取的创新精神。