针对传统车载捷联惯导初始对准方法中存在方位陀螺误差可观测性差、对准精度不高的问题, 研究了基于谱条件数可观测度分析的多位置对准方法。建立捷联惯导静基座对准误差模型, 利用基于谱条件数法的分段线性定常系统理论分析了单位置、最优二位置和双轴转动三位置对准的可观测度, 对比研究了惯性器件估计误差和对准精度, 探讨了最优二位置对准时间分配问题, 得到在相同对准时间内最优二位置对准精度更高、三位置对准可提高后续导航中方位陀螺常值漂移估计精度的结论, 并通过仿真结果验证了理论分析的正确性。

针对不可交换性误差一般采用多子样旋转矢量法对其进行补偿，但传统多子样旋转矢量法在大半锥角或者其他更为复杂的角运动条件下,性能会有所退化，新出现的多子样四元数算法和方向余弦算法没有显式地考虑不可交换性误差，直接求解姿态微分方程。为了综合比较这些算法的性能，在圆锥运动和大角度机动条件下对其进行仿真分析，采用理想和非理想采样两种数据条件，同时变换不同的采样频率，并比较了算法的计算负担。结果表明，在理想条件下，新算法的周期性误差小于旋转矢量法,且子样数的增加使新算法精度明显提高；对比理想与非理想采样两种情况，算法精度相差4~5个数量级。3种算法各有优缺点，需要对惯性器件数据进行充分补偿才能完全发挥算法的精度潜力。

针对传统倾角补偿过程中存在的线性漂移问题, 采用Ⅰ-Ⅱ观测位置和Ⅱ-Ⅰ观测位置倾角修正的平均值进行倾角补偿; 为减小转台转位误差对天顶摄影仪旋转轴倾斜分量的影响, 推导了转位不对称性误差对倾斜补偿的影响; 分析了测站点天文坐标误差对倾角仪状态参数标定的影响.结果表明: 采用改进后的倾角补偿方式可将经纬度误差从0.337″、0.381″提高到0.265″、0.216″; 转台转位不对称性误差控制在1′以内, 可使转位不对称误差对摄影仪旋转轴倾角补偿的影响控制在0.002″以内; 当测站点的天文坐标误差与仪器自身定位精度相当时, 测站点天文坐标误差对旋转轴的倾角补偿的影响较小, 即对天文经度影响在0.007″内, 对天文纬度影响在0.008″内.本文研究对倾角仪参数标定与天顶摄影仪定位的同时测定具有一定帮助.

数字天顶仪是一种通过拍摄星图进行定位的天文仪器, 在采用数字天顶仪拍摄星图时, 由于云层等外部因素会导致拍摄的星图存在星点缺失, 直接影响到仪器的定位精度。为了提高仪器的实用性和对环境的适应性, 本文推导了恒星像点轨迹, 并提出了一种基于恒星像点轨迹的星图填补方法, 该方法构建了缺失星图与相邻两幅星图之间的像点填补模型。实验数据表明, 采用该方法能够对星图进行较好地填补, 通过填补后的星图解算的定位误差在0.01″以内, 使定位精度基本保持了不变。

星点图像坐标的准确性与数字天顶仪的定位精度紧密相关。根据数字天顶仪成像原理, 严格推导出星点图像坐标表达式, 在此基础上推导了星点图像坐标在4个误差因素及综合误差下的误差方程, 分析结果表明各误差之间相互独立。通过仿真4个误差因素及综合误差情况下的星图数据进行分析, 仿真结果表明: 焦距误差与转位误差对各星点图像坐标的影响各不相同, 焦距引起的坐标变化值?驻x和?驻y相对其平均值的最大波动值分别为2.38、3.04 pixel; 转位误差引起的坐标变化值?驻x和?驻y相对其平均值的最大波动值为1.06、1.41 pixel; 光轴倾斜误差与主点偏移引起的星点图像坐标变化是整体性偏移。另外, 提出了一种误差参数求解的方法, 利用解算出来的误差参数对星点图像坐标进行补差, 数字天顶仪的定位经度精度提高了约1.98 m, 纬度精度提高了约1.65 m。

针对传统数字天顶仪定位方法中存在仪器需精确调平, 数据拟合模型参数求解不准确和定位迭代过程复杂的问题, 提出一种粗调平状态数字天顶仪定位方法。严格推导了水平状态下CCD图像坐标的计算式, 利用倾角仪输出值与粗调平状态下CCD图像坐标计算得到水平状态CCD图像坐标; 对粗调平状态下恒星切平面坐标进行分析, 分析结果表明粗调平状态下对应的切平面与水平状态下对应的切平面基本平行, 粗调平状态下的切平面坐标可直接用于数据拟合模型的建立; 通过抗差M估计计算数据拟合模型的参数, 抑制了粗大误差对参数解影响, 提高了数据拟合模型的准确性; 最后, 通过联立数据拟合模型方程组解算旋转轴的CCD图像坐标、剔除迭代过程中的数据拟合模型反变换以及取切平面坐标平均值的方式优化定位迭代过程, 提高定位解算效率的同时保证了数字天顶仪的定位精度。实验结果表明: 粗调平状态定位方法的定位精度与精调平状态的定位精度基本相同, 其中粗调平定位方法的定位经度精度为0.306″, 纬度精度为0.292″, 满足数字天顶仪定位精度的要求。

针对数字天顶仪在精确调平状态下进行天文定位时存在耗费时间长, 定位速度慢的缺点, 从数字天顶仪的定位原理出发, 采用方向余弦矩阵转换原理建立了倾斜角的修正模型, 分析和推导了经过倾斜角修正之后的定位方法, 改进了倾斜状态下数字天顶仪的切平面和球面三角形两种定位算法。实现定位时设备不经精调平, 加快定位速度的目的。通过实验比较了在倾斜状态下经过改进后两种类型定位算法的定位精度。实验表明: 球面三角形法的定位精度相对较高, 经纬度计算精度能够达到0.5″以内。

为了研究单轴旋转惯导系统的高度通道误差抑制方法, 首先分析了纯惯导高度通道的稳定性, 并通过比力方程建立了误差模型。然后推导了单轴旋转惯导系统的高度通道误差方程, 分析了抑制高度通道误差发散的条件, 得出在旋转轴处于水平状态时可以极大地抑制高度通道误差的结论。最后, 在三轴加速度计存在零偏的情况下, 对惯导系统的高度通道误差进行仿真。理论分析与仿真结果均表明旋转轴处于水平状态时可以有效抑制高度通道误差。