核磁共振陀螺中内嵌磁力仪性能的优化对提高陀螺的灵敏度具有重要意义，其中探测光频率的选取十分重要。为了研究探测光频率对内嵌磁力仪的影响，建立了探测光频率与磁力仪信号关系的理论模型，得到了探测光频率对磁力仪信号影响的优化策略。仿真分析和实验结果表明，在合适的气室温度(120 ℃)条件下选择约－17 GHz的探测光D1线频率失谐量，可使信号强度相对于极小值优化约三个量级。通过引入超精细结构修正，解释了实验D1线正负频响应不对称以及中心频率附近局部极值的现象，证明了理论模型的可靠性。研究结果为探测光最优频率的选取提供了指导。

为了分析核磁共振陀螺中129Xe自旋振荡器的振幅和频率特性, 建立了相应的半经典模型, 其中分别采用密度矩阵和经典电磁理论描述核自旋系综和反馈系统。然后, 根据自激振荡的自洽条件推导了用于描述自旋振荡器的振荡方程。进一步, 利用旋转波近似和慢变振幅近似将振荡方程化简为自洽方程组, 它由分别用于描述自旋振荡器振幅和频率的振幅方程和频率方程构成。基于上述自旋振荡器的半经典模型, 研究了带通滤波器对自旋振荡器振幅和频率的影响。仿真结果表明, 对核磁共振陀螺的典型参量, 反馈环路设计不当导致的自旋振荡器频移可达亚μHz。该研究对提高基于自旋振荡器的核磁共振陀螺性能具有一定的参考价值。

为了研究调整架角度误差以及波片与光源波长不匹配对线偏振光经过1/4波片之后偏振态的影响, 本文利用坐标变换法得到1/4波片的琼斯矩阵, 并用琼斯矩阵表示各偏振态。推导出波片与光源不匹配时对偏振态的影响理论模型。当考虑到调整架的角度误差时, 对入射光偏振态以及波片的琼斯矩阵表达式做引入角度误差的泰勒展开, 最后得到和实验结果匹配的仿真曲线。仿真结果表明, 当采用808 nm 1/4波片对795 nm波长的线偏振光作用时, 在不考虑调整误差的理想情况下出射光椭圆度最高为0.974 6, 考虑调整误差时, 对应理想情况下椭圆度最高为0.96, 椭圆度最高点偏移1.72°。仿真和实验结果为进一步分析泵浦光椭圆度对原子参数的影响提供了依据。

基于表面粗糙度的空间周期与光波波长的相对关系，引入大、小尺度粗糙度概念，建立考虑粗糙度时多层膜正入射光谱特性系数的近似计算模型。以紫外波段的单层膜和多层膜为例进行光谱特性仿真计算，对仿真结果进行横向对比，结果表明，无论是对单层膜还是多层膜，该近似计算模型结果正确，计算精度高，具有较好的适用性。

实际应用中的薄膜或多或少存在体折射率不均匀缺陷, 其准确表征对于镀膜工艺参数调校、低损耗薄膜设计与制备分析等具有影响。从Schrder近似出发, 推导了体折射率弱不均匀薄膜的膜系特征矩阵, 通过特征矩阵法推广, 建立了体折射率弱不均匀多层膜光谱特性计算的近似模型。利用基于有效介质理论的多层均匀膜近似方法, 讨论了上述近似模型的有效性、计算精度和时间消耗特性。结果表明, 上述模型矩阵计算中引入体折射不均匀度这一参数, 为多层膜体折射率不均匀缺陷反演提供了一种有效的手段, 为基于宽带光谱测量数据拟合的膜层缺陷数值反演应用奠定了基础。

分析了系统级标定的研究现状，建立了惯导系统误差模型。额外考虑加速度计二次项误差系数与内杆臂参数对系统的影响，提出了一种36维Kalman滤波系统级标定方法。设计了合适的标定路径，建立了Kalman滤波模型。仿真及实验结果表明，激光陀螺和加速度计零偏估计精度分别优于0.001(°)/h和9 μg，标度因数误差估计精度分别优于3 ppm(1 ppm=10^-6)和2 ppm，安装误差角估计精度分别优于1″和3″，二次项误差系数估计精度优于4×10^-10 s²/m，内杆臂参数估计精度优于3 mm，满足高精度惯导系统的标定要求。

在高动态条件下，加速度计尺寸效应已成为影响激光陀螺捷联惯导系统精度的重要误差源。文中从理论上分析了尺寸效应的产生机理，认为尺寸效应的产生是由于加速度计测量点不一致而引起，分析了激光陀螺机械抖动引起的尺寸效应误差。对加速度计组件在一般安装关系下的尺寸效应误差模型进行了推导。对于加速度计非正交安装情形，在常规静态标定模型基础上，推导了考虑尺寸效应后的动态标定模型。以导航速度为观测量，建立了加计组件尺寸效应误差补偿的一般模型方程。一系列的试验证明，尺寸效应补偿有效地提高了导航精度。