本文设计的GNSS/MIMU机载组合导航系统是一种针对于民用无人机的组合导航系统,能够实时为载体提供较为准确的姿态角、航向、角速度、加速度、速度以及位置信息。与传统的惯性器件相比,虽然选用的MEMS惯性器件精度不高,然而其重量轻、体积小、功耗低、价格低,所以被广泛地应用到民用领域、工业领域以及军用领域。近年来,民用无人机行业发展迅速,对导航精度要求越来越高,基于GNSS/MIMU的机载组合导航系统,引起了人们的关注,并成为国际上的研究热点。本文主要针对机载组合导航系统的设计、实现以及系统精度的提高三方面展开。设计并制作了基于GNSS/MIMU的机载组合导航系统硬件平台,分析了传感器随机误差的特性,设计了传感器标定方法、惯性器件降噪方法、地磁抗干扰方法以及温度补偿方法,完成了姿态解算方法、航向解算方法、速度解算方法、位置解算方法以及扩展卡尔曼滤波器设计,并开发了上位机实验平台。经实验验证,该机载组合导航系统的精度较高,能够满足民用作业无人机的要求。论文的主要工作如下:首先,介绍了机载组合导航系统的研究意义、现状以及关键技术,阐述了卫星导航系统、惯性导航系统以及组合导航系统的基本原理,搭建了以STM32F4/STM32F1为核心控制器,以RTK系统或NEO-M8N、MAX21000、ADXL362以及HMC5983L为传感器,以CAN总线和TF卡为通讯设备的机载组合导航系统平台。其次,完成了传感器信号分析、标定、干扰补偿以及温度补偿。建立了加速度计、陀螺仪和电子罗盘的标定模型,研究了惯性传感器的随机误差以及补偿方法,设计了温度补偿的方法,并利用MATLAB对实验数据处理,从而得出传感器的标定参数、降噪参数以及温度补偿参数。然后,完成姿态、速度、位置解算方法的设计与实现。采用了基于四元数的姿态解算方法,实现了全姿态测量,MEMS电子罗盘检测航向,MEMS加速度计检测载体倾斜度,从而实时修正MEMS陀螺仪解算的姿态信息,有效地解决了MEMS陀螺漂移引起姿态检测发散的难题,建立了速度和位置的误差模型,采用扩展卡尔曼估计了最优的姿态、速度以及位置参数。最后,完成系统平台设计与综合调试。设计了基于C#和WPF的系统调试平台,其中包括二维表盘、三维模型、波形显示、数据保存等,利用实验平台对系统调试,并利用MATLAB处理了实验数据,从而验证了该系统具有较高的精度。