全球定位系统(GPS)的优点是精度高、全天候、无用户数量限制并且无误差积累,但GPS存在的缺点是信号易受到其他干扰物的影响导致信号中断;捷联惯性导航系统(SINS)的优点是价格低廉、体积小、短期精度高和不受气象条件限制的优点,其存在的缺点是误差随时间积累而发散。GPS/SINS组合导航系统能融合两者的优点,达到成本低、精度高、实时性强的效果。首先,本文中采用GPS双天线定向并提出基线矢量求解优化方案,以此来测量载体的姿态信息,能有效解决导航定位中载体方位难以监测的问题。其次,基于导航定位和定向的问题,本文提出了基于GPS双天线定向的差分GPS/SINS组合导航算法,并通过实验和仿真验证了其有效性。论文对两种子系统的组成和定位定向基本原理进行了研究,推导了两种导航系统对于载体定位和姿态测量的方法和观测方程,并分析了误差来源,建立误差模型。本文提出了先通过载波相位双差求解出主天线高精度定位,再以此为基准站与从天线差分直接求解基线矢量的优化方案。这种方法能消除大部分误差解算出高精度的基线矢量,矢量在不同坐标系下的转换可以求解载体偏航角和俯仰角。同时本文重点对基于双天线的差分GPS/SINS组合导航做了深入研究,在常规的卡尔曼滤波信息融合技术和以速度和位置残差进行松耦合的基础上,增加了姿态角残差为观测值,对组合导航系统的扩展卡尔曼滤波器进行设计,建立了基于双天线的差分GPS/SINS组合导航系统的状态方程和量测方程。最后,对于本文提出的GPS双天线基线矢量求解优化方案和基于双天线的差分GPS/SINS组合导航算法进行了实验和仿真验证。优化的基线矢量求解方案通过静态实验测得数据,编写Matlab程序算出基线以及姿态角进行数据进行分析和对比,实测结果表明优化方案在航向角和俯仰角的测量上效果更加稳定和准确。后者仿真实验将增加姿态角作为观测值的组合导航算法与普通的松耦合算法对Matlab车辆仿真轨迹得到的导航参数进行信息融合,实验结果表明基于双天线的差分GPS/SINS组合导航算法能有效提高定位和定向精度,具有可靠性和优越性。