微型飞行器体积小、速度低、带载荷能力差,常规飞行导航系统和导航策略不再适用。卫星无法正常定位的复杂室内环境下应急救援、展览游览、视障导航等需要使用小型化惯性设备实现导航定位。MEMS传感器以其微型化、功耗低、成本低、集成度高等优点在航空航天、通讯导航、交通运输、安全消防等诸多领域发挥着越来越重要的作用。因此,研究基于MEMS传感器的微型导航系统中的测量控制关键技术具有重大的科学和应用意义。本论文主要研究了基于MEMS传感器的微型导航系统中的姿态测量、导航控制、导航定位等关键技术。研究了基于MEMS惯性/磁传感器的动态姿态测量算法,减小动态情况下运动加速度的影响提高姿态解算精度。研究了适用于微小型飞行器的实用化的导航控制算法,实现飞行器自主导航控制和按指定航线飞行。探索研究了室内行人三维导航算法,实现无GPS信号时导航定位。面向应用需求,考虑重量、体积、功耗、扩展性、运算速度、抗干扰能力等多约束问题,设计了基于MEMS传感器的集成度高、功能完备的六模块导航系统,预留多种类型接口,提高了系统的扩展性,对系统选用的传感器误差进行了针对性补偿,基于该导航系统进行了姿态解算、飞行导航、行人导航试验对上述算法进行了验证。在总结主要工作的基础上,本论文的主要创新如下:(1)实现了一种基于MEMS惯性/磁传感器的四元数模糊自适应动态姿态测量算法。通过调整卡尔曼滤波算法在动态情况下的测量噪声矩阵,减小动态情况下运动加速度对现有算法的影响。针对飞行器导航和行人导航中具体动态过程进行了相应分析:飞行器运动加速度通过空速计估计,离心加速度通过受力平衡分析解算补偿;行人行走中的“大动态”状态,设立专家规则削弱加速度测量误差对姿态解算的影响,本姿态算法能克服普通卡尔曼滤波姿态算法在大姿态变化时姿态扰动的不足。(2)提出并改进了一套基于微型导航系统的微小固定翼飞行器的导航控制系统结构和部分算法,并应用于荆江航道拍摄。增稳控制提出使用航向和滚转方向的解耦方法实现微小型无人机的稳定控制策略;水平导引环节使用改进的非线性轨迹跟踪导引方法,提高了风场中的飞行特性,实现微小型飞行器的自主导航飞行和按指定航线飞行,配合SKY09P系统完成荆江航道勘测任务,水平精度误差优于20米,高度误差优于10米。(3)基于微型导航系统进行了室内惯性导航定位的有益探索,改进了现有算法中方位解算过分依赖陀螺和高度测量不足的弱点,实现了短时间内利用该导航平台系统的高精度室内三维导航定位。加速度计、磁强计和陀螺仪数据融合解算方位信息,“静态”检测采用加速度与角速度信号的“与”逻辑提高检测可靠性,高度信息利用气压高度计短时间内高精度特性,由气压高度信息和加速度高度信息滤波融合得到,改进的导航算法达到短周期内平面导航定位误差在全程距离1%以内,高度误差控制在0.1米的三维导航定位效果。