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组合导航技术一直是导航领域的重要发展方向。一般单一的导航方式总是不可避免的存在着各种缺点,组合导航技术则是把多种导航技术结合起来,将子系统的信息进行融合,使得每个子系统的优势得到互补,最终提高导航系统的精度和稳定性。随着经济的发展和技术的进步,低成本、小型化、低功耗、较高精度和稳定性的微小型组合导航系统具有很大的市场价值和应用前景。MEMS具有成本低、体积小、重量轻等优点,但是MEMS惯性单元精度差,单独工作一般难以完成初始对准及惯性导航任务;双天线GPS则可以提供不随时间发散的位置及航向信息,但不能提供水平姿态,并且输出频率较低,容易受到干扰及遮挡而丢失信息。论文采用MEMS和双天线GPS系统进行松组合导航,利用双天线GPS提供的位置及航向信息对MEMS惯性单元误差进行校正,使组合导航系统在较低成本的情况下获得相对较好的位置及姿态精度。首先,通过查阅导航文献,详细介绍了GPS、MEMS和组合导航系统的国内外发展状况;阐述GPS和SINS导航原理,分析导航误差,推导了SINS更新方程,并根据MEMS惯性单元陀螺精度较低的情况,提出了初始粗对准的方法。其次,根据GPS和MEMS数据格式,分析数据采集的流程;利用Python语言多线程算法对GPS和MEMS数据进行解析、保存和显示。学习理解了卡尔曼滤波的基本原理,设计以双天线GPS提供的航向角和位置或者位置信息作为观测量的卡尔曼滤波器,推导了相应的误差方程、系统状态方程和系统测量方程。并通过仿真实验,验证了组合导航卡尔曼滤波技术能够提高导航精度和稳定性。最后,设计双天线GPS和MEMS组合导航实物系统,进行了全组合导航和不同模式导航实验。通过静态和动态实验结果对比分析,验证了导航系统的实用性和导航算法的正确性。在GPS信号失锁一分钟的情况下,静态实验中,航向角误差低于0.08°,水平角误差低于0.04°,速度误差低于0.08m/s,位置误差低于0.7m;动态实验中,航向角误差低于0.18°,水平角误差低于0.08°,速度误差低于0.3m/s,位置误差低于2.2m。即使在复杂环境造成GPS航向角或位置信号失锁的情况下,该组合导航系统能够及时转换导航模式,在丢失GPS信号的短时间内提供较高精度的定位定向功能,具有较高的可靠性。