微小型惯性组合导航系统具有小尺寸、低功耗、低成本等特点，已经成为中低精度惯性组合导航的重要发展方向。本文针对微小型惯性组合导航系统的软、硬件设计、数据融合方法以及故障诊断等多项关键技术开展了较为深入地研究。所做的工作主要可归纳为如下几个方面：(1)基于模块化、总线型、系列化的设计思想设计了以TMS320VC33芯片为核心、功能较为完善、可靠性较高的微型组合导航计算机。它具有如下特点：利用CPLD实现了地址译码电路、双向数据缓冲电路、时序电路、外设中断管理以及系统状态寄存器等诸多功能；设计有高可靠性的串行通信协议；采用FLASH实现了程序代码多引导方式集成；设计了一种新颖结构的浮点放大器；设计了基于CPLD简单整系数滤波器；MIMU数据采集部分采用三模冗余结构，实现了模块的故障自动诊断与系统重构；可兼容GPS、数字罗盘、气压高度表等多种辅助导航传感器；实现了μC/OS-Ⅱ实时操作系统的移植应用。 (2)在研究扩展旋转矢量法的基础上，提出并推导了基于累计量的旋转矢量二次迭代算法、N次迭代算法的两种形式；结合系统需求，提出了一种基于累计量的二次迭代优化算法。该算法不仅继承了扩展旋转矢量法的优点，而且提高了扩展旋转矢量法的解算精度和解算速度。根据系统的硬件特点，采用状态机设计了基于CPLD的迭代算法实现方案。 (3)在分析MINS系统的误差数学模型和微惯性传感器的随机误差模型的基础上建立了MINS/GPS组合导航系统的状态方程和观测方程；提出了一种针对区间Kalman滤波器的改进算法。该改进算法不仅具有常规区间Kalman滤波器的鲁棒性，而且具有如下特点：将MINS/GPS组合导航系统的所有系统不确定性和观洲不确定性等效为系统噪声和观测噪声的不确定性，简化了系统模型；采用一种较为简单的区间矩阵综合求逆方案；利用时变马尔可夫模型在线调整滤波输出加权系数。仿真结果表明该改进算法的状态估计精度较高。 (4)针对DSP应用中微惯性组合导航系统信息融合算法普遍存在的两个时序问题，即算法实际运算时间大于迭代周期，系统量测信息滞后，提出了一种基于μC/OS-Ⅱ实时操作系统消息队列的信息融合算法实现方案。该方案可以在不损失任何算法精度的前提下，解决上述两个典型时序问题。它的最大特点是取消了传统组合导航算法中数据融合对捷联算法的依赖性，从而也就打破了传统导航系统的诸多时序要求。 (5)在研究组合导航系统常用故障检测方法的基础上，将2种x2故障检验法的检验量相结合，应用二叉树支持向量机理论，提出了一种针对区间Kalman滤波器的组合导航系统故障检测方法。该二叉树支持向量机综合应用了模糊支持向量机、快速分类算法等技术。该方法解决了传统故障检测方法中无法处理区间数的弱点。仿真结果证明了该故障检测方法的有效性。 (6)设计了MINS/GPS组合导航试验系统，并完成了初步试验研究。测试结果表明，该组合导航系统的软、硬件设计以及相应的数据处理方法是成功的。