近年来,微机电(micro-electro-mechanical systems,MEMS)惯性器件技术蓬勃发展,凭借其低成本、小体积、高可靠性,易于大批量生产等优点,在民用、军用等领域的惯性导航系统中得到越来越多的应用。本文面向民用领域的高精度快速定向导航应用背景,开展了具有寻北功能的MEMS-IMU旋转调制系统研究,包括MEMS-IMU旋转调制系统的寻北原理和导航机理,寻北、导航系统的滤波算法,样机的设计制作,仿真与实验验证等,旨在深入研究MEMS-IMU寻北导航一体化的可行性。本文进行旋转调制机理和误差分析,基于旋转方式的可实现性、实现转动方式的成本大小等原则,分别从不同角度考虑旋转调制方案的设计与选择,设计了基于MEMS-IMU的旋转调制寻北和导航方案。研究了MEMS-IMU的标定方法,通过角速率实验和角位置实验,对MEMS-IMU进行了标定,完成了误差补偿。完成了MEMS-IMU旋转调制系统样机的设计与实现,搭建了实验平台,通过仿真和实验对寻北、导航方案及解算算法进行验证。结果表明,采用旋转调制的MEMS-IMU系统性能得到明显的提升:3分钟静态寻北精度可达1°左右;10分钟静基座导航实验的速度误差由250m/s降至10m/s;位置误差由5×10~4m降至500m;俯仰角、横滚角误差由12°降至1.5°左右。