本文以高精度光纤陀螺单轴旋转惯导系统的研制为目标,从理论和工程实现两个方面对单轴旋转惯导误差自补偿技术、高精度光纤陀螺随机误差建模与滤波方法、惯导系统初始对准方法以及单轴旋转惯导的系统级标校等关键技术进行了研究,完成了高精度光纤陀螺单轴旋转惯导系统的研制和实验验证。论文主要内容如下:1.研究了单轴旋转惯导系统误差调制机理。惯导系统中陀螺常值漂移会引起系统随时间积累的误差,同时陀螺组件标度因数误差以及安装误差在旋转式惯导系统中的误差传播规律也会发生变化,本文对单轴旋转惯导系统中的陀螺常值漂移、标度因数误差以及安装误差调制机理进行了深入分析。研究了转位机构测角精度对旋转调制精度影响,指出转位机构测角精度误差与惯导系统输出姿态角误差呈线性关系。在数学仿真环境下分析了惯性测量单元静止和单轴旋转两种情况下惯导系统导航误差。2.研究了光纤陀螺随机误差的建模与滤波方法。光纤陀螺是单轴旋转惯导系统中的核心器件,而陀螺的随机误差又是所有误差源中最难以补偿的一项误差。为了抑制随机误差对系统导航性能的影响,利用时间序列分析法建立了随机误差模型,提出了解耦自适应Kalman滤波器对光纤陀螺随机误差进行滤波。应用实际系统采集的数据对该方法进行了验证,结果表明该方法相比传统Kalman滤波方法具有更好的滤波效果。3.研究了单轴旋转惯导系统初始对准方法。精对准过程中转动惯性测量单元可以提高系统状态的可观测性,利用SVD可观测度分析法对系统参数进行了可观测性分析,分析结果表明,惯性器件的周期性转动使得不可观测的状态变得可观测,部分状态量的可观测性也得到了提高。针对惯性器件转动引起的“锯齿速度”误差对滤波器估计精度的影响,提出了改进的Kalman滤波方法。在试验样机上对改进后的Kalman滤波器进行了充分验证,结果表明本文所提出的改进方法能够有效避免惯性器件转动引起的滤波输出误差。4.研究了方位陀螺漂移精确辨识方法。单轴旋转惯导系统中方位陀螺漂移无法被调制,且会引起惯导系统随时间积累的位置误差。为了提高单轴旋转惯导系统长时间导航精度,提出了一种精确标校方位陀螺漂移的方法,在导航算法流程中引入水平阻尼网络以抑制系统舒拉振荡误差。建立了经纬度误差与方位陀螺漂移、初始航向角误差之间的数学模型,并设计了一种合理的标校流程,采用最小二乘法对方位陀螺漂移进行精确辨识。对该方法进行了数学仿真与实际系统验证实验,结果表明该方法能够精确辨识惯导系统的方位陀螺常值漂移,进一步提高了单轴旋转惯导系统定位精度。5.研究了单轴旋转惯导的系统级标校方法。为了提高单轴旋转惯导系统长时间导航精度,提出了一种惯性器件误差系统级标校方法。对惯导系统的误差参数进行了分析,指出东向陀螺漂移和方位失准角是影响方位陀螺误差估计精度的主要误差源,利用Kalman滤波器在线估计惯导系统失准角,对系统进行补偿后,再次使用Kalman滤波器对惯性测量单元误差进行在线估计,研究了 “位置匹配” Kalman滤波算法。对该方法进行了数学仿真和实际系统验证实验,结果表明本文所提出的方法能够准确估计惯性器件误差,误差补偿后的惯导系统定位精度得到了极大地提高。6.设计并研制了高精度单轴旋转惯导系统试验样机。对单轴旋转惯导系统试验样机的总体结构、软硬件组成、导航计算机的构成与实现等进行了研究。对研制的单轴旋转惯导系统试验样机进行了全面的验证实验,主要实验包括:惯性器件静止实验、单轴旋转静态与摇摆实验、车载实验、抚仙湖船载实验等,系统最大定位误差优于0.3n mile/h,满足设计指标要求。