高精度惯性导航系统在惯性元件等误差源的激励下，会产生振荡误差、常值稳态误差和随时间积累的误差。采用综合校准技术能利用外部信息源，计算出影响惯导系统精度的误差信息，并对误差进行补偿，从根本上提高惯导系统的性能。但由于传统点位置校在实际应用中，会受到陀螺随机漂移，载体机动运动和外部信息精度的影响。因此，开展校准技术的误差分析，并对影响综合校准精度的各种误差进行定量分析，提出进行校准需开展的关键技术。为解决陀螺随机漂移对校准结果的影响，开展基于小波技术的陀螺实时滤波算法的设计，提出在进行SureShrink阈值选取时结合海浪周期的思想，优化了SureShrink阈值选取方案。通过对实时性的验证及实测信号的实时滤波实验结果分析可知，该算法能够在满足陀螺信号实时性的条件下，完成陀螺随机漂移噪声的有效滤波。通过对校准的误差分析可知，外参考导航传感器精度和可靠性是惯导系统进行校准的前提和保障。针对目前多数故障检测方法对缓变的软故障检测不灵敏，延迟性较大，无法判断各种故障类别等问题，在分析利用小波奇异性进行故障检测原理的基础上，提出了一种基于模极大值原理的导航传感器故障检测方法。该算法利用传感器的观测量来诊断传感器工作是否正常，文中给出了利用小波奇异性进行故障检测的原理描述及利用该算法进行故障检测隔离的算法流程。该算法不仅对导航传感器软故障具有较高的灵敏度，而且能通过故障点的Lipschitz指数来判断故障类别，为传感器故障隔离和修复提供有效的信息，能够更好的保证惯导系统进行校准时外部导航传感器信息的可靠性。计算机仿真表明所提方法是有效的，具有较高的实用性。本文以水下航行器为研究对象，开展基于多传感器的组合校准算法研究，构建基于联邦滤波的SINS/DVL/GPS组合校准方式，通过对子导航传感器的原理分析和误差方程的推导，完成对局部滤波器的设计。通过仿真分析可知，所设计的基于联邦滤波的组合校准方案具有较好的误差估计能力，进行校准后惯导系统定位能力得到较大的提高。