微航姿参考系统是一种基于多轴向惯性传感器来实现精确稳定的航姿信息测量系统,被广泛的应用于飞行器、车载控制等需要三维姿态信息的领域中,其中包含微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)的传感器因体积小、功耗低、抗冲击强等优点,应用前景广泛。但MEMS陀螺仪频带宽度、器件误差以及刚体转动的不可交换性导致高动态环境下姿态测量误差的产生,而高动态环境下姿态解算算法的精度又与系统的姿态更新频率成正比。因此,设计一种快速数据运算能力的微航姿参考系统,并在高动态环境下研究MEMS陀螺仪误差特性和姿态更新算法具有重要意义和工程实现价值。首先,本文以数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)和现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)架构下的组合处理器对微航姿参考系统进行硬件设计,将DSP作为系统的主处理器,并选取FPGA协助DSP的工作模式。在该模式下,DSP专注于姿态解算,这样可以缩短单位姿态更新时间,进而提高姿态解算精度,为研究高动态环境下的姿态更新算法奠定了硬件基础。其次,针对MEMS陀螺仪的参数特性,分析在高动态环境下引入姿态误差直流分量的两个主要因素,分别是:针对MEMS陀螺仪频带宽度不够宽的问题,提出利用旋转矢量改进算法实现姿态更新;针对MEMS陀螺仪安装误差,提出了改进的标定方法,使三轴输出精度均提高了1个数量级。另外,针对MEMS陀螺仪G值敏感误差,设计了多位置下的转台标定方案,使得MEMS陀螺仪敏感地球旋转角速度误差模值||e??的均值和标准差由补偿前的7.3194o/h、5.6249o/h降低到补偿后的1.4669o/h、1.2935o/h,均提升接近5倍。最后,采用基于角速度的等效旋转矢量算法作为高动态环境下的姿态更新算法,并在典型圆锥运动环境下优化等效旋转矢量的叉乘项系数以及提出利用前一姿态更新周期内的角速度和角增量信息去修正当前周期内的多子样算法。圆锥运动误差的仿真实验表明:等效旋转矢量算法精度随着子样阶数增加而成倍提高;在仿真条件1、三子样阶数下,引入前一周期角速度信息未能提高算法精度,而引入前一周期角增量信息算法精度提高了2倍;等效旋转矢量算法精度随着圆锥运动的锥半角α、角速度Ω的增加而逐渐降低,随着姿态更新周期h的减少而逐渐提高。