目前,四轴飞行器已经被广泛应用于许多领域,如军事、交通和物流等。作为实现其自主任务飞行的关键技术之一,四轴飞行器的低成本导航已成为国内外研究的热点。GPS/SINS松组合导航是最容易实现的组合导航形式。但应用于四轴飞行器的低成本导航系统面临诸多挑战。惯性传感器较大的系统误差和随机噪声是影响系统性能的主要因素,导航结果的漂移严重。低成本GPS则容易受多径效应等影响,使得组合导航滤波器发散。此外,四轴飞行器不同状态下的传感器统计噪声难以估计。本文针对四轴飞行器的特性,详细地阐述了一个采用松耦合方式的低成本组合导航系统的设计与实现。根据系统需求和指标,本文首先阐述了系统总体的方案设计并搭建了硬件平台。利用制作的系统硬件平台的数据,本文分析了极低成本惯性传感器的误差,并针对传感器的系统误差设计了标定算法,针对传感器的随机误差设计了前置滤波算法。为了抑制GPS的突变数据,根据四轴飞行器的低动态性能,本文建立了定常速度模型,并利用卡尔曼滤波技术设计了GPS的前置滤波算法。标定及前置滤波结果显示,设计的算法可有效提高传感器的性能。为实现高效的数据融合,本文详细推导了低成本SINS的误差传递方程,包括位置、速度和姿态的扰动方程,并以此建立了组合导航系统的状态方程。为了有效估计系统的观测噪声统计特性,本文对磁力计和气压高度计与四轴飞行器电机转速的关系建立了经验模型。飞行实验证明,本文设计的低成本GPS/SINS组合导航系统可有效提高导航精度,可以满足实时导航应用。相比国内外已有研究成果,本文的主要创新点包括:1.设计了低成本MEMS-IMU的快速现场标定算法。通过分析发现,极低成本的传感器的零偏时变特性并不显著,因此可以仅对固定零偏进行快速标定。设计的标定算法可以不借助其他设备快速标定传感器的零偏、尺度因子等;2.针对低成本惯性传感器存在较大随机噪声问题,本文设计了前置滤波算法,并利用Allan方差估计了滤波前后的白噪声强度;利用四轴飞行器的低动态特性,设计了GPS的前置卡尔曼滤波算法;3.针对四轴飞行器,设计了组合导航算法。这种针对性主要体现在四轴飞行器的电机转速与观测噪声的关系建模上。