随着国民经济日益发展，人民生活水平不断提高，车辆数目与日俱增，对车载导航的要求也是日新月异。与此同时，微机电系统（MEMS)正飞速崛起，以其为基础的捷联惯性导航系统技术、组合导航技术也成为车载导航系统的两大研究热点。本文围绕捷联惯导算法、组合导航算法以及小型车载组合导航系统等一系列车载组合导航关键技术展开研究。对偶四元数是描述空间螺旋运动的最有效数学工具，所以本文将对偶四元数应用于捷联惯导算法中，设计基于对偶四元数的捷联惯性导航算法，并对其初始对准及计算量大的问题做了相应的改进和简化，在减小计算量的前提下，保持了精度，最后通过仿真证明对偶四元数导航简化算法与对偶四元数捷联惯性导航算法的导航精度基本一致，即对偶四元数导航优化算法在保持精度不变的同时，大大降低了计算量；与传统捷联惯性导航算法进行对比，基于对偶四元数的捷联惯性导航算法导航精度更高。针对捷联惯性导航系统误差发散较快的问题，设计了捷联惯性导航系统/GPS组合导航算法。根据对偶四元数的乘性误差模型，建立基于对偶四元数捷联惯性导航算法的误差模型，并推导出了捷联惯性导航系统速度和位置的误差方程。在此基础上结合惯性器件的误差模型和GPS的误差模型，得到组合导航系统的误差状态方程和量测方程，并对误差状态方程和量测方程进行离散化，设计基于开环卡尔曼滤波器的组合导航算法，通过仿真证明MIMU/GPS组合导航算法明显的抑制了MIMU捷联惯性导航算法的误差发散，MIMU/GPS组合导航算法比对偶四元数捷联惯导算法的导航精度更高、综合性能更优。基于模块化、分布式以及总线型的思想，设计了以数字信号处理器（DSP)为核心处理器、以微型惯性测量单元（MIMU)和GPS为测量设备的导航数据解算处理装置以及以ARM为核心控制器的导航信息人机交互子系统装置的功能比较完善、可靠性比较高的小型组合导航系统，详细分析了各个模块电路的工作原理及设计依据。完成了车载组合导航系统的导航数据解算子系统软件和人机交互子系统软件两部分软件的设计，导航数据解算子系统软件主要包括：数据采集模块通信程序、微型惯性测量单元通信程序、GPS数据接收程序、MIMU/GPS组合导航算法程序、导航数据存储程序、与人机交互子系统通信程序。