随着各种辅助导航手段、现代估计技术和高性能计算机技术的快速发展，组合导航系统在导航、定位、定向领域得到广泛应用。载体姿态信息（包含航向角、俯仰角和横滚角）是导航系统输出的重要参数之一，被广泛应用于飞行器、船舶、卫星等动态载体的姿态测量上。但如何在动、静态环境下获得连续、实时、有效的姿态信息逐渐成为应用领域的热点，也是测向领域的难点之一。本文设计了基于双天线的GPS/INS组合测向系统，重点在于研究如何实时、有效的测量航向角信息并提高测量精度。论文主要包括理论和误差建模分析、数据融合及系统设计和实验验证等研究工作。论文首先对两种导航系统组成及原理分别进行了论述，在学习掌握基础上推导了两种导航系统对于载体姿态测量的方法及相关方程，分析了个系统存在的各种误差并建立了误差补偿模型。介绍了测量过程中常用的坐标系及相互转换关系及卡耳曼滤波器在算法中的应用，并对组合系统的姿态信息融合算法进行了重点分析和研究。在理论分析与研究的基础上，针对传统滤波器不能直接处理非线性问题，设计了非线性卡尔曼滤波器，通过对GPS接收机的原始测量数据和由INS给的估算值进行融合，得到的误差估计反馈给INS，最终输出系统的导航信息。文中以GPSOEM接收板、多频天线、IMU惯性单元（陀螺和加速度计）及自主设计的控制板为基础构建了双天线的GPS/INS组合导航测向系统。通过系统的测量单元检测并接收两种导航系统信息后，传递给姿态解算单元，利用DSP实现数据融合算法并给出了流程。最后，通过实验的方法对组合测向系统的整体性能进行验证和分析。静态实验包括：利用现有的GPS接收机单独测量姿态并和自主设计的组合导航测向系统输出的姿态信息做对比性试验。实验证明，在室外不同位置静态测量条件下，组合测向系统具有可靠性高、测量精度好等特点。在室外跑车条件下，组合测向系统在复杂环境下（树木或者高大建筑物的遮挡），能够实时稳定地输出运动载体的姿态信息。