对于高精度定位定向系统而言, 其零速修正定位精度受到行驶路线中水平重力异常变化的影响。从惯性导航误差机理、零速修正原理等方面理论分析水平重力异常对定位定向系统定位误差的影响, 得到其误差传递公式。为验证误差传递公式的准确性, 在重力异常试验区内进行了实物验证, 验证了水平重力异常对定位定向系统定位精度的影响机理, 通过重力异常补偿实现了在重力异常区域水平定位误差小于 1m。为今后进一步提升定位定向系统定位精度提出了新思路。

目前国内装备应用单位对陆用高精度激光惯导装备的使用维护保养不当或不规范对惯性装备性能的影响尚无准确的理论分析,为此,以某型陆用高精度激光陀螺定位定向系统为研究对象,结合国内惯性传感器技术水平现状,详细分析了陆用高精度激光惯导装备对维护保养的需求以及规范维护保养作业的重要性。该型产品通过定期通电和系统定标维护,故障产品性能恢复,维护保养前后的水平定位精度典型实测数据分别为8.35 m(CEP)和2.9 m(CEP),以期为国内同类装备的设计、生产以及部队使用提供参考和理论支撑。

为实现对拍摄区域目标准确与快速的定位, 提出一种针对仅依靠宽幅面阵航空相机进行无源目标定位的定位算法.利用与相机刚性连接的定位定向系统测量相机曝光时刻的位置与姿态信息, 恢复摄影光束的空间位置.选取适当的物方坐标系, 通过坐标变换建立共线方程, 利用单幅相片辅以地面高程信息求解目标的大地坐标信息.分别采用全微分法与蒙特卡洛法建立误差模型并进行仿真计算.采用某相机挂飞数据验证算法的有效性, 在飞行高度为5 000 m时, 定位精度可以达到30 m以内, 精度指标满足工程需要.

为了有效利用全天域的偏振光信息, 探究仿生偏振光导航机理, 设计了偏振视觉传感器。介绍了基于四相机的偏振视觉传感器及其标定方法, 推导了冗余配置下偏振态的最小二乘估计算法。分析了基于一阶瑞利散射模型的天空光偏振模式, 将太阳方向矢量的最优估计问题转化为求解矩阵的特征向量问题, 推导出了基于天空光偏振模式的定位定向算法。最后, 设计了静态实验与转动实验, 对理论分析结果进行了验证。实验结果显示: 测量的天空光偏振模式与瑞利散射模型相一致, 并可从中成功提取太阳方向矢量。静态实验测量的太阳天顶角的最大误差约为0.4°, 误差标准差为0.14°; 基于1 h对天空偏振光的观测数据实现的定位误差为68.6 km。转动实验(转动两周)得到的最大定向误差约为0.5°, 误差标准差为0.28°。研究结果揭示了生物利用偏振光导航的机理, 为仿生偏振光导航的应用提供了理论依据。

为了确定三视场定位定向设备各个误差源对定位定向误差的影响，建立了定位定向的误差分析模型。首先，给出了三视场导航设备采用空间解析几何法进行定位定向的原理。其次，指出影响定位定向的各个误差源,归纳分析了误差源的特性、概率分布以及误差源对定位定向信息对的影响。然后，利用定位定向原理建立起定位定向误差分析模型。最后，利用蒙特卡罗法进行误差仿真分析。仿真结果表明系统的定位均值误差为121.0 m；定向均值误差为7.4″，并指出定位定向主要的误差源是水平测量误差，其次是垂线偏差数据的误差。野外实验表明，该系统的定位均值误差为182.12 m；定向均值误差为9.3″，水平测倾角的误差对定位定向结果的影响最大。

为了提高三视场定位定向设备可靠性，建立三视场系统功能的基本约束条件测试模型，以模型为依据对可见光波段的视场进行优化分析。首先，分析了设备正常完成工作时采用组合星图识别和简单星图识别所需的必要条件，并建立这两种识别方式关于视场大小的概率分布模型。从原理和实验数据两个方面说明了三视场结构识别三角形概率分布不能通过单视场的概率分布简单推导获取的原因。接着，给出用蒙特卡洛法求取此概率分布和视场最优值的方法。然后，通过仿真分析得出了两种识别方法关于视场大小的概率分布，在分析两种识别方法仿真数据的基础上，取识别概率为1时视场大小为其优化值。实验结果表明：以组合星图识别为工作基础的三视场定位定向设备有更好的可靠性，优化的视场大小为4.225°×3.168 75°。它满足三视场定位定向设备识别条件可靠性要求。

研究了基于最小损失函数法的三视场定位定向中各个误差源对定位定向准确度的影响.给出了基于最小损失函数进行三视场天文定位定向的数学模型, 结合模型归纳了定位定向的误差源及其特性, 分析了误差源对定位定向信息对的影响.最后, 建立了定位定向误差仿真模型, 并利用蒙特卡罗法进行误差仿真分析.仿真结果表明系统的定位准确度为88.1 m, 定向准确度为3.0″.分析指出定位定向主要的误差源是水平测量误差, 其次是垂线偏差数据误差.野外实验表明, 该系统的定位准确度为163.0 m, 定向准确度为3.5″, 水平测倾角的误差对定位定向结果的影响较大.

建立了三视场天文定位定向系统,以实现高精度的天文定位定向.阐述了天文定位定向的概念,介绍了三视场天文定位定向系统的工作原理.提出一种基于最小损失函数的天文定位定向算法,该算方法能够同时解算地理位置和载体的方位角信息.根据三视场系统与传统单视场系统的结构特点,从理论上分析了三视场系统的天文定位定向性能及优势.最后,就载体平台倾角测量误差和星敏感器单星测量误差对定位定向的影响进行了仿真分析并基于原理样机进行了外场实验.实验结果表明:该系统的定位精度为151.624 0 m,定向精度为4.630 4″,且定位定向结果稳定.得到的结果基本满足高精度天文定位定向的要求.

为了在已知粗略方位角和地理位置时实现三视场天文定位定向设备的快速测量，给出了一种三视场定位定向设备的快速局部星图识别方法。分析了三视场定位定向设备使用全天球识别数据库执行三角形识别时识别效率低的原因; 指出了应先进行视场内识别，后进行视场间识别以提高效率，并给出星图识别时角距误差门限的选取范围; 给出了一种基于粗略位置和方位快速生成局部识别数据库的方法，它可以减少识别信息的冗余，实现高效的星图识别。仿真实验和野外实验结果表明：使用此局部识别方法正确识别率可达99.19%，识别速度为24.3 ms，基本满足三视场天文定位定向设备快速高效测量的要求。验证了局部星图识别方法的效率，以及采用先视场内识别后进行视场间识别方式的正确性。

基于激光测速仪的工作原理、测量特性，结合惯性导航系统的工作特点，提出一种实现车体自主高精度定位定向的组合方法。推导了用于车载组合定位定向的三波束激光测速仪误差模型，结合捷联惯导误差模型，选取了组合卡尔曼滤波器状态量，并推导了组合导航量测模型。最后针对这种基于激光测速仪的组合定位定向方法进行了仿真计算，列出了相关计算结果，仿真结果验证了这种方法的正确性。