惯性导航系统（Inertial Navigation System,INS）是海洋运载器导航系统的核心,一种完全自主的导航设备,具有隐蔽性强、短期导航精度高、输出导航参数全面、连续输出等优势,但是其导航误差会随时间累积,无法长时间单独工作。星敏感器通过观测恒星位置来进行导航,能直接输出载体相对惯性空间的高精度姿态信息,具有自主性强、功耗低、精度高等优势,但是也存在数据更新频率低、无法单独定位的问题。为了弥补上述各导航设备的不足,满足海洋运载器对导航系统全天候、长航时的应用需求,本文提出一种由星敏感器/光纤惯性测量单元（Inertial Measurement Unit,IMU）构成的组合导航系统方案,围绕星敏感器动态误差修正、高精度光纤IMU技术、星敏感器/光纤IMU深耦合技术等几个方面进行深入研究,最后构建星敏感器/光纤IMU组合导航系统原理样机,验证理论研究成果的有效性。论文的主要工作有:针对海洋运载器摇摆运动会导致星体的星点光斑在星敏感器像平面上发生像移,影响星敏感器姿态测量精度的问题,深入分析星敏感器动态误差产生机理,提出一种基于光纤IMU信息的星敏感器动态测量误差修正方法,该方法将光纤IMU输出的角速度信息引入星敏感器内部,利用上一时刻的星敏感器姿态数据和光纤IMU角速度信息来预测下一时刻的海洋运载器姿态,进而推算已知恒星在下一时刻的理想坐标,对星点做准确的跟踪和预测,有效修正海洋运载器摇摆导致的星敏感器的动态测量误差。光纤IMU精度不仅影响着星敏感器动态测量误差修正效果,而且制约着系统导航精度。光纤陀螺是IMU的核心器件,为此深入分析由温度变化所引起的光纤陀螺误差产生机理,建立了改进的温度误差模型,并根据陀螺的温度特性提出了一种温度误差分段补偿方案,测试结果表明该方案能够有效补偿温度漂移,提升光纤陀螺精度;在系统方面,采用旋转调制的思想,在器件输出误差模型的基础上,分析了双轴旋转对于光纤IMU各个误差项的抑制机理,设计了相应的光纤IMU双轴正反转停方案。仿真结果表明,采用该方案能够有效抑制惯性器件误差,为进一步提高星敏感器测量精度及组合导航精度提供保障。针对星敏感器定位精度受外界辅助水平姿态精度影响的问题,提出了一种基于惯性系重力的高精度水平姿态确定方法,该方法通过自适应数字滤波器在光纤IMU的输出中提取出高精度重力矢量信息,再结合星敏感器的姿态信息得到高精度水平基准,利用该水平基准信息辅助星敏感器进行定位,避免了惯导误差对星敏位置信息的耦合,提高了星敏感器的定位精度。针对复杂海况环境下采用Kalman滤波进行星敏感器/惯性组合对准效果较差的问题,提出一种基于加权递推最小二乘组合对准方法,通过对星敏感器的观测量分析,根据递推回归原理,采用加权处理的方式,快速、准确的实现了光纤IMU的精对准。进一步,针对恶劣海况下星敏感器随船体晃动剧烈,无法辅助惯导组合对准的问题,提出一种基于双数学解算系统（Dual Mathematical Calculation System,DMCS）的旋转式惯导自对准方法,该方法同时运行两套旋转式光纤惯导对准算法以实现对同一数据的处理,克服了恶劣海况环境下粗对准造成的大方位失准角对系统精对准的影响,使系统在大方位失准角下仍能精确的进行对准。海洋运载器在摇摆环境下的状态变化具有较大的随机性和幅值扰动,故根据星敏感器/光纤IMU组合原理,推导了基于星敏感器的惯导系统误差方程,建立基于加性四元数和基于乘性四元数“姿态+位置”匹配的星敏感器/光纤IMU深度耦合惯性空间非线性模型,选取姿态误差四元数和位置误差作为外观测量,采用边缘化容积卡尔曼滤波（Rao-Blackwellised Additive Cubature Kalman Filter,RBACKF）对系统误差状态量进行估计。仿真结果表明,该方案能够有效提升组合导航系统精度。最后,利用实验室现有测试环境对上述理论成果的有效性与可行性进行了验证,采用光纤IMU双轴旋转惯导原理样机,对旋转调制误差抑制方案进行验证。然后搭建了船用星敏感器/光纤IMU组合导航原理性试验系统,通过水面试验验证了星敏感器/光纤IMU深耦合导航算法的有效性及可行性。