姿态测量系统是现代航空器必备的飞行指示仪表,其为飞行器提供关乎飞行安全必不可少的姿态信息。由于微惯性测姿系统具有体积小、成本低、可靠性高等突出优点,正逐渐替代传统惯性系统应用于航空飞行器上。但是同时由于MEMS惯性器件精度低、噪声大,微姿态系统的测姿精度还无法完全满足一些高动态飞行器在复杂且恶劣环境下的应用要求,因此本文从提高微惯性测姿系统的性能出发,对以下几个方面进行了研究:本文首先针对MEMS惯性器件精度较低的问题,研究了MEMS器件的误差模型,设计了相应的分步式标定补偿算法,对微测姿系统的确定性误差进行估计和补偿。并通过FFT频谱分析法、ALLAN方差分析法对MEMS惯性器件随机误差进行了分析。同时本文还根据对微惯性系统的长期跟踪使用,分析了MEMS陀螺在工程应用中的主要问题。针对MEMS陀螺精度随着时间推移性能下降的问题,研究了基于BP神经网络算法,利用高精度主惯导对MEMS陀螺误差进行空中在线补偿,并对数据传输时间延迟进行了补偿,进一步提高在线补偿算法的精度。最后,通过实际机载数据,验证了该方案的有效性。针对微惯性测姿系统在连续机动条件下及跨音速阶段姿态测量性能下降的问题,本文研究了基于大气数据辅助的姿态算法,分析了大气数据估计机体运动加速度模型,以补偿MEMS加速度计中所测量到的运动加速度信息,提高了微惯性测姿系统在机动条件下的测量精度。同时针对飞行器跨音速阶段振动噪声对MEMS加速度计的影响,研究了利用奇异谱分解法对振动噪声进行抑制。最后,通过实际的飞行数据,分别仿真验证大气辅助姿态算法、奇异谱分解算法的有效性和正确性。最后针对微惯性测姿系统用作机载备份仪表安装于狭小空间时,当需要更新其导航解算软件,传统的拆卸式连接仿真器的烧写方式极为麻烦。本文研究了基于DSP的远程在线升级技术,无需拆卸设备,就可实现其软件的更新升级。同时,本文还设计了一系列容错机制,进一步确保了在线升级的可靠性。测试结果表明,该在线升级方案简单可靠,且扩展了微惯性测姿系统的使用场合。