近年来,无人机的发展越来越趋向于小型化、智能化、集成化,在各个领域都得到了普遍应用。当小型无人机在空中飞行时,由于其结构特点,受气流和风速的影响较大。航向测量系统作为无人机导航参数信息的主要来源,是无人机实现平稳飞行的基础构成部分。根据小型无人机的特点以及对航向测量系统的需求,本课题开展对小型无人机的航向测量系统的研究。现阶段,小型无人机难以采用造价昂贵、体积庞大的高精度惯导设备,而满足小型无人机要求的MEMS惯性器件不能自主寻北并且很难达到理想的精度要求。为了解决以上问题,本课题利用地磁场进行磁航向测量。使用磁阻传感器HMC1053进行磁场测量,利用陀螺仪和加速计组件MPU6050进行姿态补偿。为降低姿态角误差对磁航向测量精度的影响,本课题提出了基于数字仿真和静态试验相结合的互补滤波参数优化方法,提高了基于陀螺仪和加速计互补滤波的姿态角测量精度。针对磁传感器在实际工作环境中易受到传感器自身及外部磁场环境干扰,导致磁航向角的测量精度降低的问题,本课题提出了基于椭球拟合自校准和卫星测向信息融合的磁航向误差联合校准方法,一方面采用椭球拟合算法对磁传感器自身输出数据进行校准,另一方面利用卫星测向信息融合技术,对航向测量系统进行外部的补偿与校准。在系统总体设计和算法研究的基础上,本课题进行了嵌入式硬件设计及软件开发,研制出满足小型无人机应用的航向测量系统样机,采用椭球拟合自校准以及卫星测向信息融合技术,实现了对磁航向测量误差的有效补偿,联合校准后的磁航向均方根误差为1.06°,验证了系统的可行性与补偿算法的有效性。本课题研制的航向测量系统可以达到长时间高可靠的性能要求,大大提高了小型无人机在不同工作环境下的航向测量精度和系统的鲁棒性。