自主式航姿基准系统是水下无人运载器执行各种功能任务的保证。本文基于地磁导航和捷联惯性导航两种方法开展有关用于小型水下无人运载器的全自主组合航姿基准系统研究。采用自研的磁通门罗盘为组合系统提供地磁航向信息。设计输出灵敏度与次级线圈的匝数成反比的电流输出型的双铁芯磁通门传感器作为地磁测量传感器,与传统电压输出型磁通门传感器相比,电流输出型传感器有利于减小磁通门罗盘的体积和降低工艺难度。针对传统二次谐波检测法不能充分利用信号有用分量的不足,提出了复合偶次谐波检测法通过增加磁通门信号中被检测偶次谐波的数量提高传感器的灵敏度。为减小模拟电路的不稳定对磁通门罗盘航向解算精度造成的不利影响,设计了数字方法实现的信号处理和跟踪式航向解算单元。为改善磁通门罗盘的动态性能,构建了地磁航向信号数字随动系统。为了补偿由于水下无人运载器上铁磁性物质导致的磁通门罗盘自差,从地磁力、硬铁磁力和软铁磁力三方面对磁通门罗盘的自差成因进行了力学分析,推导了自差的大小和正负与水下无人运载器所在的磁纬度、航向以及是否倾斜的关系。提出了利用电磁方式代替传统的校正磁棒补偿磁通门罗盘的倾斜和硬磁自差的方法。提出了基于最小二乘的磁通门罗盘软磁自差补偿方法。实验结果表明,本文提出的整套磁通门罗盘的自差补偿方法正确,操作难度和复杂度低,可操作性强。由于光纤陀螺的随机误差是捷联惯导系统的主要误差源,本文采用时间序列分析法对光纤陀螺的随机误差进行建模研究。采用Allan方差法分离了光纤陀螺的各主要随机误差源,精确确定了各项误差系数的大小。对随机误差数据进行了趋势项、周期项、自相关、偏自相关的分析。研究了自回归和滑动平均(Autoregressive and Moving Average,简称ARMA)模型阶次搜索算法,将模型适用性检验法中的贝叶斯信息准则(BIC)用于模型阶次搜索,把二维搜索转化为一维搜索,得到了模型阶次的一致性估计。提出一种改进U-C算法用于长自回归模型计算残差法的模型参数估计过程,避免了递推估计法引入的累积误差,通过正序和逆序二次使用漂移序列的信息,提高了参数估计精度。根据随机误差建模结果,设计了卡尔曼滤波器对光纤陀螺数据进行滤波。滤波估计误差的统计特性和Allan方差分析结果表明,本文的建模方法能够指导滤波器设计有效抑制光纤陀螺的随机误差。为了提高系泊状态下捷联惯导系统的初始对准速度和精度,在粗对准过程中引入基座惯性坐标系以有效地分离载体摇摆运动干扰对系统对准精度的影响,通过组合磁通门罗盘航向信息提高了粗对准的快速性。在精对准参数辨识过程中引入可变遗忘因子,通过适时改变遗忘因子的大小和步长有效地跟踪参数的变化以提高对准的速度和精度。为提高组合系统的容错能力,利用递推和惯导系统辅助判断的方法对磁通门罗盘的航向信息进行滤波处理。为了提高航姿解算的效率,对组合航姿系统模型进行了合理近似。由于难以获得系统噪声的准确统计特性,采用H∞滤波技术提高系统的鲁棒性。实验结果表明,本文提出的组合航姿基准系统方案具有较好的工程参考价值。