● 摘要
如今，随着导航应用领域的不断扩大，它不仅需要导航系统提供准确的位置、速度，还要提供载体的姿态信息，如车载、船舶、无人机等。传统的测姿方法是采用惯导，但存在使用时间越长导航误差越大的问题，特别是对于低成本MEMS-INS，长时间工作时姿态角精度较差。当前姿态确定的重要手段之一是利用GNSS信号，因为它具有低成本和精度高等优点。但GNSS定姿也有劣势，如存在易受外界环境干扰、动态应用时不稳定等。因此，利用MEMS-INS与GNSS进行组合，构成组合定姿系统，可以提高定姿系统的综合性能。
首先，针对低成本的MEMS-INS输出的精度较差，其误差随时间积累严重的问题，对陀螺和加速度计的输出信息进行预处理之后再捷联解算。随机噪声和常值漂移是惯性器件的主要误差来源，因此，本文主要是去除这两个误差的重要影响，提高MEMS-INS捷联解算出的定位性能。
其次，针对动态、信号衰减和多径干扰等情况下，GNSS单独定姿的成功率低的问题，提出了利用MEMS-INS对GNSS定姿算法进行改进及优化的方法，通过改善GNSS定姿模型强度和浮点解质量，优化整周模糊度搜索空间，从根本上提高了GNSS单独定姿算法的成功率和计算效率。
再次，为进一步提高组合定姿精度和可靠性，采用GNSS伪距、伪距率和姿态作为观测信息，设计了基于EKF的GNSS/MEMS-INS组合滤波器。同时，考虑到EKF计算量较大，又设计实现了基于互补滤波器的组合滤波算法，提高运算效率。此外，引入NAR模型进行MEMS-INS误差建模和预测，保证GNSS不可用时的定姿性能。
最后，在基于实际系统的试验平台进行上述算法的测试，并在跑车条件下分析系统的性能，验证了上述算法的有效性。
本文对低成本MEMS-INS和多天线GNSS组合导航系统的定姿算法及性能的研究存在实际的应用价值和意义，为后续基于MEMS-INS/GNSS定姿系统的研发打下了良好的基础。