随着测图技术的发展,测图方式逐渐由原来的固定站式转为移动式,测图范围也从室外逐渐延伸到室内。测图技术离不开定位技术,相比室外依托导航卫星的成熟定位解决方案,室内定位环境更加复杂,定位实现更加困难。本文以自主研发的移动测图背包为平台,以激光雷达扫描测距仪和惯性测量单元为主要传感器,探索在未知的结构化环境中的室内定位导航方案,分别从理论和实践上进行了研究。首先,分析了所使用的惯性器件的误差模型并量化了相关误差项,并以惯性器件的误差模型为基础设计了惯性导航算法的流程以及系统误差状态的更新方程,然后介绍了粗对准精对准的初始姿态校准方法,最后通过脚步轨迹实验证明了所提出的惯性导航算法的正确性。然后,分析了所使用的激光雷达扫描测距仪的点云精度和点云分布特征,并以此为基础设计了点云平面配准算法的一系列流程,其中包括利用惯性导航为点云姿态预纠正、区域增长法和随机抽样一致性法相结合的点云平面提取、点云平面参数计算、对应参数协方差的计算、平面对应关系的选择和旋转平移参数的计算,最后在平面提取实验中比较了本文所使用的平面提取算法和其他算法的效果和效率,在平面配准实验中比较了平面配准算法与传统点云配准算法的优劣。最后,在实现惯性器件与激光雷达扫描测距仪时间同步和空间校准的基础上,以点云配准得到的激光雷达的位移和速度作为扩展卡尔曼滤波的观测值,设计了两者的室内组合导航系统,并通过实验评价了系统的精度和鲁棒性。结果表明,本文提出的激光点云平面配准算法确实可以有效地限制惯性导航系统的误差漂移,实现稳定可靠的室内定位导航。