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。

体折射率不均匀是一种常见的薄膜缺陷，其反演计算对于膜系的设计和制备都有重要影响。推导出体折射率不均匀薄膜的膜系特征矩阵，建立斜入射条件下的不均匀膜光谱特性计算的近似模型，探讨模型的计算精度和计算时间，并利用模型计算椭偏角验证模型的可行性。结果表明，斜入射条件下的不均匀薄膜模型为基于宽带光谱测量数据拟合的膜层缺陷数值反演应用提供了快速有效的方法。

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。

基于惯导系统的误差传播特性和轴向陀螺对经纬度误差的影响规律，提出了精确校准轴向陀螺漂移的方法以解决在单轴旋转惯导系统中单轴旋转只能自动补偿与转轴垂直的陀螺漂移，不能补偿轴向陀螺漂移的问题。首先，介绍了单轴旋转惯导系统自动补偿的基本原理。然后，在静基座的条件下分析了轴向陀螺漂移、初始方位和姿态角误差、初始速度误差等对经纬度的影响规律。提出了一种利用经纬度误差作为观测量，采用最小二乘法对轴向陀螺漂移进行精确校准的新方法。最后，利用激光陀螺单轴旋转惯导系统进行了静态导航试验和跑车试验。实验结果显示，该方法对轴向陀螺漂移的辨识精度达到0.000 5 (°)/h，系统的定位精度优于1 nm/72 h。该方法能够有效地辨识轴向陀螺漂移，使系统达到较高的导航精度，具有很强的工程实用价值。

采用90型二频机抖激光陀螺和石英挠性加速度计，利用单轴旋转惯性组件的方法，研制了高精度姿态测量系统。介绍了系统的硬件结构组成和无减震结构设计方案，给出了初始对准和姿态测量系统的算法。系统的初始对准采取粗对准和精对准两种方式, 姿态测量系统的误差传播特性由系统的误差模型来描述。对该系统进行了静态导航实验和长时间单轴旋转导航实验。实验结果表明：系统水平姿态24h保持精度优于30″，24h航向保持精度优于30″。

为了研究机抖激光陀螺内在热源对陀螺性能的影响，利用有限元分析软件ANSYS建立了机抖激光陀螺的温度场模型，对有限元模型进行了温度场仿真分析。描述了有限元模型的简化方法，介绍了材料热参数的处理及热生成率和换热系数的计算方法，最后给出了机抖激光陀螺的稳态温度场1 h和3 h的瞬态温度场分布，指出了机抖激光陀螺的最高、最低温度分布区域及温度梯度分布情况。设计了高精度的铂电阻测温电路，其测温精度为0.005 ℃，仿真与实验对比结果表明，计算误差优于2%，验证了模型的正确性和合理性。本文的研究方法可为陀螺盒体内部测温点的选取提供指导意见，有助于提高机抖激光陀螺的温度补偿效果。

对传统方法中以抖动偏频量和抖动激励信号中的噪声强度来表示机抖激光陀螺抖动参数的方法进行了改进,以K参数和抖动幅度中的噪声强度来表示机抖激光陀螺的抖动参数,从而使不同抖动频率和注入效率的陀螺具有相同的比较标准。定量讨论了K参数与抖动幅度中噪声强度的大小对机抖激光陀螺零偏稳定性和角随机游走的影响。实验结果表明,当K参数取600-650之间、抖动幅度中的噪声强度取2%-3%之间时,机抖激光陀螺的零偏稳定性和角随机游走可以达到比较理想的状态。

为了获得优于0.1nmile/h水平的高精度激光陀螺惯导系统，对控制系统绕单轴转动来补偿陀螺误差的方法进行了研究。分析了补偿的原理，并利用通用的精度为0.4nmile/h左右的机抖激光陀螺捷联惯导系统进行了实物实验，实验结果证明采用单轴转动的方法可使系统定位精度提高到1nmile/24h的水平。

激光陀螺的随机漂移噪声类似于白噪声，可以采用AR(2)模型进行数字滤波来减小其对激光陀螺精度的影响。首先介绍了AR模型，然后利用IMU单元三组陀螺信号的AR(2)模型给出了车载SINS/GPS组合导航系统误差模型, 并在GPS的辅助下，对SINS/GPS组合导航进行了实验研究。最后利用Kalman滤波器对车载SINS/GPS组合导航实际测量数据进行了离线的半实物仿真。实验结果表明,采用AR(2)模型辅助的SINS/GPS组合导航系统能够得到较高的姿态精度,并能有效抑制速度误差的发散。