微电子机械系统(MEMS)是在微电子技术基础上发展起来的多门学科交叉的前沿研究领域,是继微电子之后又一项革命性的前沿科学。MEMS技术的出现,引领了惯性导航技术的巨大变革,使惯性导航系统向着低成本、低功耗、微型化的方向发展。针对MEMS惯性器件广阔的应用前景,论文着重研究了基于MEMS惯性器件的运动参考系统的测量算法。论文首先阐述了课题的研究背景及意义,回顾了MEMS惯性器件的发展历程,并简单介绍了MEMS器件在载体姿态和升沉信息测量上的具体应用,同时对运动参考系统的研制和发展现状作了比较。接着详细介绍了惯性测量中的相关基础理论,例如惯性导航系统中常用坐标系的定义,捷联矩阵的建立及即时修正,四元数微分方程的求解和舒勒周期振荡产生的原因以及其数学解释,为课题后续开展提供了理论支撑。然后,论文简要分析卡尔曼滤波原理并介绍了系统初始对准的流程。随后设计了基于卡尔曼滤波的姿态角更新算法,将四元数误差和陀螺零偏误差作为状态变量,以加速度计和磁力计的测量误差作为观测变量,给出了时间更新方程和观测更新方程,从而完成了系统卡尔曼滤波器的设计,实现了载体姿态角的实时估计,并给出了动态情况下载体瞬时线加速度的提取方法,保证了算法在动态情况下依然可行。紧接着,论文给出舰船瞬时线运动的具体定义并引入了半固定坐标系便于描述升沉运动。随后解释了升沉测量中由于舒勒周期振荡存在和垂向信息发散特性而引入高通滤波器的必要性。在此基础上,论文设计了互补型IIR高通滤波器和自适应升沉滤波器两种方法来完成升沉信息的测量,并对测量结果进行分析。最后,根据设计的测量方案,系统的仿真工作由计算机完成,模拟了不同海况下,对于模拟船舶运动的测量,验证了算法的可行性,从而较为全面的完成了舰船姿态角和升沉运动测量的方案设计、仿真及验证。