航姿参考系统（Attitude&Heading Reference System，AHRS）可以为飞行器提供姿态与航行信息，是飞行器的必备机载航电系统。未来飞行器小型化、智能化和高机动化的发展方向要求姿态测量系统也向着小型化、低功耗发展，小体积、低重量、低功耗的MEMS微惯性传感器使得这一发展方向成为了现实。本文主要针对基于MEMS惯性传感器的MEMS微惯性航姿系统进行研究，设计集成了MEMS微惯性航姿系统原型样机，研究了航姿系统的环境适应性和MEMS惯性传感器标定技术，并对系统的性能进行实验验证。论文设计了MEMS微惯性航姿系统的集成方案和姿态解算算法，进行了系统的原型样机的集成并对此原型样机进行了初步的测试。测试结果表明系统的总体设计正确有效，系统静态输出性能良好；但系统在高低温和振动环境下性能大大下降。针对MEMS微惯性航姿系统对恶劣环境的适应性问题，论文基于有限元方法研究了系统的热分布，基于热分布分析优化了传感器在系统中的空间布局，提出了系统的散热设计；针对振动对系统的影响，分析了随机振动对MEMS惯性传感器输出的影响，基于分析结果对系统进行了减振设计。通过有限元分析软件ANSYS对系统结构进行了仿真，验证了系统环境适应性增强方案的正确性。论文针对MEMS微惯性航姿系统内MEMS惯性传感器标定方法在标定设备上的局限性，根据MEMS微惯性航姿系统结构非正交误差和传感器零偏、标度因子的温度误差模型的特点，设计了MEMS惯性传感器的两步解耦标定方法，将温度漂移误差和非正交误差分开进行标定。实验结果表明，标定方法摆脱了标定设备的局限，在全温范围内将MEMS惯性传感器的使用精度提高了一个数量级。论文最后对MEMS微惯性航姿系统进行了实验验证，进行了航姿系统的实验室环境精度测试、振动试验和实际飞行搭载试验。实验结果表明，MEMS微惯性航姿系统能够准确地测量载体姿态，其测量精度能够满足现在MEMS微惯性航姿系统的应用。