近年来,基于微机电系统(Micro Electro-Mechanical System,MEMS)的惯性器件(Inertial Measurement Unit,IMU)精度的不断提升,且由于其在价格、体积等方面的优势,基于MEMS的微惯性导航技术得到了重视并迅速发展。目前,常见的MEMS-IMU误差测量较大,其精度一方面取决于MEMS封装、集成工艺,另一方面通过高精度转位机构的辅助,利用标定技术可以有效提升其测量精度。因此本文以实验室相关项目为依托,设计出了用于惯性导航系统对准、标定和旋转调制等研究工作的双轴转位机构;通过研究双轴旋转调制MEMS捷联惯导系统的各误差项,搭建MEMS-IMU的误差模型,并通过对标定技术的相关研究,对MEMS-IMU的测量结果进行校正补偿。首先,完成了双轴转位机构的设计工作,并生产了原理样机。根据项目需求,给出了双轴转位机构的总体设计方案和整体布局,并对各项功能进行了模块化设计;完成了标准零件的选型和非标准零件的结构设计;搭建了双轴转位机构的三维模型,并进行了力学和运动仿真分析;完成了零件的生产和热处理、表面处理;进行了原理样机的装配和性能测试。其次,对双轴旋转调制MEMS捷联惯导系统的各项误差进行了分析。分析了MEMS惯性器件的误差特性,研究了各误差项对双轴旋转调制MEMS捷联惯导系统的影响;给出了双轴转位机构各项误差项的具体形式,并以陀螺为例,给出了由上述误差引起的MEMS陀螺仪测量误差的表现形式;随机噪声对系泊条件下MEMS-IMU的标定有着严重的影响,因此采用Allan分析的方法对随机误差进行了定量分析。再次,研究了MEMS-IMU的分立式标定方法。研究了MEMS-IMU的最小二乘椭球模值约束标定方法,基于双轴转位机构,在室外条件下进行了试验,验证了算法的有效性;设计了静态多位置标定的方法,求解上述方法无法得到的MEMS陀螺仪零偏误差。提出了一种基于角速率积分的MEMS陀螺仪标定方法,基于双轴转位进行了试验,验证算法的有效性;通过高精度三轴转台进行了对比试验,验证了转位机构误差对MEMS-IMU标定结果的影响。最后,研究了系泊条件下MEMS-IMU的系统级标定方法。根据惯导系统的误差方程和旋转调制的思想,设计了30维旋转调制-Kalman滤波器;研究了系泊条件下MEMSIMU测量数据的频率特性,设计了IIR互补低通滤波器,对MEMS-IMU数据滤波,以提高速度误差的解算精度;分析了提高MEMS-IMU误差参数的可观测性的方法,基于双轴转位机构设计了系统级标定方案,通过仿真和半物理仿真实验验证了算法的有效性。