针对激光陀螺单轴旋转惯导系统初始对准问题, 分析了影响初始对准精度的惯性器件误差参数, 理论推导了陀螺安装误差对对准精度及加速度计零位估计的影响, 并进行了仿真分析。仿真结果表明, 陀螺安装误差直接带入失准角估计误差, 并会引起等效加速度计零位估计误差, 可通过标定陀螺安装误差提高对准精度。

无外界基准信息时, 针对舰艇单、双轴旋转调制激光陀螺航海惯导冗余配置情况下双轴旋转惯导间性能的在线评估问题, 提出了联合旋转调制激光陀螺航海惯导相对性能的在线评估方法。一套单轴旋转惯导分别与待评估的双轴旋转惯导构建联合误差状态卡尔曼滤波器, 状态为各系统位置误差、速度误差、姿态误差的差值及各自的陀螺漂移、加速度计零偏, 以系统间的位置、速度差值为观测量, 通过联合旋转调制策略编排改变系统间的相对姿态, 可观性分析表明, 包括单轴旋转惯导方位陀螺漂移在内的所有状态均完全可观; 以不同滤波器估计得到的单轴旋转惯导方位陀螺漂移估计值的标准差为评价指标, 对双轴旋转惯导随机误差进行在线评估。半实物仿真和实际实验结果表明：双轴旋转惯导激光陀螺随机误差差异的区分度可达10%; 144 h(6天)导航时间内, 以单轴旋转惯导方位陀螺漂移估计值的标准差为评价指标, 可以实现不同双轴旋转惯导相对性能的在线评估。该方法为旋转调制激光陀螺航海惯导冗余配置情况下的系统优选提供了理论依据。

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。

惯导系统的旋转调制技术实质上是一种误差自补偿技术。为了研究单轴旋转惯导系统的误差补偿机理，从四元数微分方程的角度重新推导了旋转惯导系统的姿态误差模型，能够与常用的方向余弦法推导的模型相互印证。建立了具有一般意义的系统误差模型和静基座误差传播方程，并分析了惯性器件误差量的调制形式，为设计转位方案提供了依据。针对单轴连续旋转方案中陀螺常值漂移、标度因数误差和安装误差对导航误差的影响进行了仿真。理论分析与仿真结果均表明，惯性测量单元绕方位轴的连续旋转可以有效抑制导航误差。

在惯性导航系统中, 采用单轴旋转技术可以调制垂直于旋转轴方向上的惯性器件误差, 而对沿旋转轴方向的误差没有抑制作用, 因此旋转轴方向上激光陀螺漂移成为影响惯性导航系统精度的主要因素之一。为精确地辨识旋转轴方向上激光陀螺漂移, 提高激光陀螺单轴旋转惯导系统的精度, 利用人工鱼群算法AFSA(artificial fish swarm algorithm)建立了单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移辨识模型, 给出了AFSA 辨识的详细步骤和方法。实验结果表明: AFSA可以对轴向激光陀螺漂移进行精确建模, 补偿后的激光陀螺零偏不稳定性达到0.000 4 °/h。

轴向陀螺漂移是影响单轴旋转惯导系统导航精度的主要因素。对于轴向陀螺漂移的预测, 提出了一种基于支持向量机的算法。利用初始对准12 h内系统纬度误差和温度变化量作为训练数据, 构造了以多项式、径向基、小波函数为核函数的支持向量机、最小二乘支持向量机、遗忘因子最小二乘支持向量机, 对比了它们用于轴向陀螺漂移预测的泛化性能。试验结果表明: 遗忘因子最小二乘支持向量机可有效地用于轴向陀螺漂移预测, 具有很高的预测精度, 极大地提高了单轴旋转激光陀螺惯导系统的导航精度。

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″。