本发明提供一种高空长航时无人机组合导航系统及其导航定位方法，包括惯导设备、景象匹配定位模块、大气传感器、信息融合处理模块、上行通讯接口和下行通讯接口，景象匹配定位模块包括机载成像传感器、数字地图库和图像匹配模块。本发明提供的导航系统采用基于特征的快速鲁棒性特征匹配方法来提取基准图和实时图的特征点进行匹配，所提取的特征点具有尺度、旋转和亮度不变性，并对噪声具有一定的适应能力，提高了系统对多源遥感图像的匹配鲁棒性和实时性。同时加入基于统计量的马氏距离，进一步提高了匹配精度，得到高精度的定位信息。采用了模块化处理机制，分别进行匹配定位和信息融合，提高了系统的数据处理速度，方便各模块的维修调试。