随着未来信息化战争要求的不断提高,传统导航方式如卫星、惯导单独工作难以满足复杂条件下的微小型无人作战平台定向测姿需求。因此,研制一种新型自主导航手段以满足高精度、长航时、抗干扰的姿态测量需求是非常有必要的。大气偏振特性蕴含方向信息,基于自然偏振特性的仿生偏振光导航作为一种新型自主导航方法,是卫星拒止环境下自主导航领域的一个重要研究方向。因此,开展仿生偏振光导航及基于仿生偏振光的组合导航方法与技术研究,对丰富和发展自主导航理论具有重要意义。本文针对仿生偏振光导航单独工作情况下定向精度易受天气影响的问题,提出将偏振光和地磁信息相结合,以解决载体定向和测姿的问题,提出了相应的组合定向与测姿方法,并通过一系列试验验证了所提出方法的可行性。本论文内容主要包括:（1）提出了基于无迹卡尔曼滤波算法的偏振光/地磁组合定向方法。首先利用偏振相机和三轴磁力计实现了偏振信息和地磁信息的获取,并在此基础上分别解算得到了偏振定向和地磁定向结果;随后设计了无迹卡尔曼滤波器对两种传感器解算的航向角进行数据融合,为了进一步提高航向解算精度和滤波器的鲁棒性,对组合导航系统噪声和量测噪声进行了自适应处理,并在搭建的组合定向试验平台进行了静态试验和车载试验。试验结果表明,所提出的组合定向方法比偏振或地磁单一手段有更高的可靠性和稳定性,且自适应无迹卡尔曼滤波算法对航向角的估计精度高于无迹卡尔曼滤波算法。（2）提出了一种利用太阳位置信息和地磁信息的载体三维姿态测量方法。首先,描述了天空偏振模式的理论背景,分析了利用天空偏振信息解算太阳位置信息的工作原理;其次设计了基于太阳矢量和地磁矢量的三维姿态解算矩阵,对传统TRIAD姿态测量算法进行了优化;最后进行了静态试验和转台试验以验证所提出算法的姿态解算精度。试验结果表明本文所提出的方法能够有效利用太阳位置信息及地磁信息获得载体三维姿态信息。