组合导航系统将多种导航方式组合在一起,使其优势互补,从而有效地提高导航系统的精度和可靠性。现在组合导航系统已在民用和军事领域得到广泛应用,成为当代最主要的导航方式。组合导航系统中各子系统误差的校正补偿以及故障的检测识别作为其关键技术,是提高组合系统精度和可靠性的重要保障。本研究课题的主要目的就是对磁罗盘和陀螺组合定向系统中的这些关键技术进行改进,对磁罗盘航向误差和陀螺零偏进行分析补偿,并对组合系统常见故障进行分类检测识别,从而提高组合系统航向测量的精度和可靠性。围绕上述工作,本文的创新工作主要包括以下几个方面：1)对常用的磁罗盘航向误差补偿方法进行改进。针对磁罗盘航向误差补偿在室外不易实现以及周围磁场环境变化对补偿效果有较大影响的问题,提出了一种利用MEMS陀螺辅助磁罗盘进行航向误差自适应补偿的方法。根据磁罗盘航向误差模型,以模型参数为状态量,建立卡尔曼滤波方程,从而估计出适应当前环境的模型参数,使磁罗盘航向误差补偿可以根据环境的变化而变化,提高其环境适应性。观测量使用五个常规观测量和两个机动观测量,提高计算模型参数时当前航向的权值,使当前方向的航向补偿精度要明显高于其他方向。实验结果表明：在干扰磁场较强且人为改变干扰磁场的情况下,最大航向误差为14.5°,经过自适应补偿后降至±0.2°以内。2)对常用的MEMS陀螺零偏误差补偿方法进行改进。MEMS陀螺的零点与环境和供电电压等因素呈复杂的非线性关系,对其进行实验标定需要复杂的模型和大量的时间成本,且不能保证其在整个温度范围都保持高精度,所以本文提出了一种MEMS陀螺零偏自适应估计补偿方法。该方法以简化的零偏模型为基础,在对观测量中的误差做相应的处理后,使用强跟踪卡尔曼滤波法估计出最适合当前环境的参数,即可利用最简化的模型和估计出的最优参数对MEMS陀螺零偏进行精确补偿。在静态温度实验中航向误差低于0.6°,在室外动态实验中航向误差保持在±1°之间,表现明显优于传统的卡尔曼滤波法和多元线性回归法。由此表明该方法可以有效地减少MEMS陀螺使用前的准备工作量,降低成本,并增强其环境适应性,提高角速率测量精度。3)对常用的磁罗盘和陀螺组合系统故障检测方法进行改进。磁罗盘和陀螺组合定向系统不仅需要高测量精度而且需要高可靠性,但是磁罗盘的航向测量精度易受到周围干扰磁场的影响,MEMS陀螺零点易受环境因素尤其是温度的影响,从而影响组合系统的可靠性。本文将磁罗盘和MEMS陀螺组合定向系统的常见故障分为四类：然后根据各故障特性,对测量数据进行适当的处理,提取出相应的故障检测量,对故障源进行识别：并且使用预警模式减小检测到故障的延迟。实验结果表明,此算法可以有效地检测到0.05°/s的零偏故障、0.006°/s/s的速率斜坡故障以及两种磁干扰故障,在检测精度和检测及时性上的表现都明显优于状态χ2检验法和残差χ2检验法。由此可见该方法提高了故障检测精度,可以准确地找到故障源,从而采取相应措施减少故障影响,提高有用信息的利用率和系统的可靠性。