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海洋占地球表面积的71.8%。当前,海洋资源争夺越演越烈,各国对海洋资源的重视程度与日俱增,海洋冲突亦不断升级。随着各国对海洋资源的侦查、探测、情报收集等方面作业越来越频繁,对于水面无人艇的研发也越来越受到关注。导航系统作为水面无人艇最重要的一部分,决定着水面无人艇运行的精度和有效性。捷联惯性导航系统(Strap-down Inertial Navigation Systems, SINS)和全球定位系统(Global Positioning System, GPS)是近年来两种常用的导航系统,将二者组合使用,不仅可以克服各系统单独使用的缺点,还可以充分发挥各系统的优势,提高系统的精度和可靠性。本文主要研究基于SINS/GPS的水面无人艇组合导航系统。本文主要包括以下内容：(1)对导航系统所采用MIMU器件进行误差分析建模与标定。推导了加速度计、磁力计和陀螺仪的标定算法,就本系统所用MIMU并进行标定实验,通过传统标定方法和本文使用的标定方法对比实验,验证了该法的正确性。(2)研究了基于扩展卡尔曼滤波器的四元数姿态解算算法。介绍了当前各类姿态解算方法,推导了一种基于扩展卡尔曼滤波器的四元数姿态解算算法的状态方程和量测方程,采用该法对所采集MIMU输出数据进行离线半物理实验验证,验证了该法的正确性。(3)对本文所用的SINS/GPS组合导航算法仿真验证。介绍了SINS/GPS的松组合与紧组合导航算法,针对基于速度与位置的SINS/GPS松组合导航方式,推导了采用速度与位置的SINS/GPS的松组合导航系统算法,最终给出在非组合条件下与采用SINS/GPS组合的条件下的对比仿真,仿真结果表明,采用SINS/GPS组合导航的方式能够使系统精度和可靠性得到提高。(4)设计并验证了水面无人艇组合导航系统和主控系统。对所设计系统进行器件选型,设计了水面无人艇组合导航系统和主控系统电路,绘制了水面无人艇组合导航系统和主控系统PCB图,给出了组合导航系统的软件方案设计。对所设计水面无人艇组合导航系统和主控系统进行试验,试验结果验证了所设计系统的可行性。