地磁导航是近地轨道航天器一种重要的自主导航方式，具有很强的实时性、隐蔽性和抗干扰性，能够有效提高卫星的生存能力，具有广阔的应用前景。目前单一地磁导航的精度还较低，无法满足航天器的使用需求。制约地磁导航精度的两个主要原因是地磁场模型模型精度低和地磁导航在地心距矢量估计精度低，本文在分析地磁导航原理的基础上，提出了相应的解决方案，有效的提高了地磁导航的精度。同时针对地磁导航的应用需求，提出了地磁场强度的快速计算方法。并设计了基于DSP和FPGA的地磁导航原理样机，初步完成了地磁导航算法的嵌入式优化，推进了地磁导航的应用转化研究。本文的主要研究工作和成果如下:　　首先深入的研究了基于地磁信息的自主导航方法。由于地磁场模型要素是在地理坐标系下描述的，而传统的地磁导航研究是在地心惯性系下进行，涉及到复杂的坐标转换，这不利于导航精度的提高。因此本文在地球固联坐标系下研究地磁导航，减少了坐标的转化，有效的降低的算法的运算量，提高了量测矩阵的观测能力。利用Swarm卫星的实测地磁数据作为导航的观测信息。通过数字仿真结果验证了方法的可行性与技术优势。在地磁导航中，地磁场模型计算需要推倒复杂的勒让德多项式，计算量很大，不适于星上的应用推广。因此本文提出了一种地磁场强度估计方法，以伪地心下的偶极子场模型表示主磁场模型，利用多项式拟合伪地心距系数。星上计算时只需查表和插值两步就可以得到任意位置处的地磁场强度。仿真结果表明，该方法在不影响计算精度的前提下，地磁场模型的计算效率提高了4倍。　　地磁模型误差是制约地磁导航精度提高的主要瓶颈。本文针对这个问题提出了一种地磁场模型误差动态补偿方法。详细分析了实测数据下地磁模型误差与滤波稳定后量测残差的关系，发现可以用导航稳定后的量测残差近似表征模型误差。首先，采用傅里叶变换对滤波稳定后量测残差数据进行处理，得到量测残差的频率特性;然后基于频率特性，利用曲线拟合方法建立量测残差与地理特征的之间的数学模型，最后设计地磁场模型误差补偿方法。利用Swarm的实测地磁数据作为导航输入，基于扩展卡尔曼滤波器设计了模型误差动态补偿下的地磁导航方案，仿真结果表明相比于常规地磁导航方法，模型误差补偿后导航精度提高了2.5倍。　　针对地磁导航中地心距矢量方向估计精度低的问题，结合天文导航在测向方面的优势，研究了基于地磁和恒星测量的组合导航方法。在组合导航方法的研究中，采用紧耦合组合方式实现磁强计与星敏感器测量信息的组合，基于前述技术提出了具有地磁模型误差动态补偿技术的新型地磁/天文组合导航方法。设计了基于扩展卡尔曼滤波器的组合导航方案，以Swarm卫星的实测地磁数据作为测量信息，建立了新型地磁/天文组合导航仿真模型。仿真结果表明组合导航精度优于200m，说明星敏感器的高精度测向信息可以弥补地磁导航的缺陷。　　最后综合本文在地磁模型快速计算、地磁场模型误差动态补偿、组合导航等方面的研究成果，将导航仿真程序进行嵌入式优化，研制了基于FPGA+DSP结构的地磁导航原理样机，建立了地磁导航半物理仿真系统。该系统由上位机子与导航原理样机组成。其中上位机用来读取磁强计的测量数据，并显示导航的结果，原理样机用来接收测量数据、进行导航处理以及发送导航结果。所建立的半物理仿真系统实现了读取量测信息、导航处理、导航结果显示的全部过程，半物理仿真结果表明了导航原理样机工作性能可靠，导航精度和导航处理效率达到预期效果，为地磁导航方法在工程上的应用奠定了基础。