针对基于柔性杆臂传递对准方案中的杆臂加速度构建时，角加速度提取噪声大的问题，提出利用跟踪微分器求取角加速度信号，以补偿杆臂挠曲一体化模型中的杆臂加速度误差。通过将子惯导角速率及其跟踪的微分结果作为模型分量，进而推导建立了考虑柔性杆臂的传递对准模型。仿真表明基于角加速度滤波的方法可以获得平滑的角加速度信息，基于柔性杆臂补偿的传递对准模型，可以实现三轴安装误差估计精度平均提高22.3%，姿态失准角估计精度平均提高4.6%，所提出的方法具有一定的工程适用性。

考虑载体极区航行下导航能力需求，研究了重力扰动对高精度惯导系统的影响和重力扰动补偿方法。首先，推导了重力扰动矢量在横地理坐标系投影；进一步，分别将水平重力扰动分量假设为确定性常值以及马尔科夫随机量，分析其对横坐标系捷联惯导系统的影响；在此基础上，基于EIGEN-6C4重力场球谐模型获取极区重力扰动数据，并利用三次样条插值法对其进行插值处理，从而对横坐标系下惯导系统进行重力扰动补偿。理论分析及仿真实验结果表明：在横坐标下，确定性常值水平重力扰动分量将导致惯导系统产生振荡性误差以及常值性偏差，随机水平重力扰动分量将导致系统位置误差呈线性振荡增长，且位置误差漂移率与重力扰动方差成正比，并且同时受载体航行速度及马尔科夫模型阶数影响，与常规坐标系下引起的误差一致。基于2190阶EIGEN-6C4重力场球谐模型对横坐标系捷联惯导系统进行重力扰动补偿后，水平姿态精度提高68%，定位精度提高2.5%。

地磁/惯性融合导航是一种不依赖全球导航卫星系统的自主导航方式之一，具有很强的隐蔽性和抗干扰性能，是固体火箭的可用自主导航方式之一。基于前人在惯性/地磁融合导航研究的基础，对地磁导航、惯性导航的优缺点进行详细分析，将地磁导航在高度和纬度的确定优势和惯导在经度和纬度确定优势进行充分融合，提出了具备东向速度间接估计校正的地磁/惯性深度融合导航方法，摒弃地磁导航在经度、惯导在高度方向确定的劣势。结合实际弹道数据的导航仿真对比试验表明，所提出方法可以充分吸收两种导航的优势，相比传统的地磁/惯性融合方式，导航精度在相同条件下提升45.6%，为高精度地磁/惯性融合导航提供一种新的方法。

为解决失效卫星位姿估计中视觉SLAM方法回环检测效果差的问题，结合空间特殊的应用环境，提出一种改进RANSAC校验的空间失效卫星位姿估计回环检测方法。首先利用深度学习提取图像的全局特征和局部特征；然后对全局特征进行快速检索，建立回环候选帧集合；最后，将图像网格化并提取优质特征点作为RANSAC算法的随机抽样点集，采用改进的RANSAC算法对回环候选帧集合进行图像匹配校验，挑选出匹配程度最高的作为回环检测结果。实验表明：在牛津数据集上，所提方法与无校验的方法对比，100%准确率下的最大召回率提升了30.6%，说明改进RANSAC校验在回环检测中的有效性；在失效卫星数据集上，所提方法无需预训练，对光照变化的空间场景具有高适应性，和基于词袋模型（BoW）算法相比，缩减时间24.1%。

针对视角变化、光照变化、大尺度和动态物体等复杂场景下，移动机器人定位的准确性低、鲁棒性差等问题，提出基于特征编码和动态路由优化的视觉定位方法。首先，引入基于残差网络的特征编码策略，提取图像的几何特征和语义特征，减少图像噪声信息，加快模型的收敛速度；其次，通过熵密度峰值优化网络的动态路由机制，采用向量表示特征之间的空间位置关系，提升图像特征提取和表达能力，优化网络整体性能；最后，融合优化后的特征编码和动态路由网络，将全局特征描述符和特征向量相结合，保留特征间的差异性和关联性，计算图像特征的相似性用于闭环检测。实验结果表明，相比基于VGG、AlexNet、BoVW及GIST的视觉定位方法，所提方法的准确率分别提高了24.54%、23.06%,43.81%和42.69%，实现了复杂场景下移动机器人闭环检测，提高了定位和建图的准确性和鲁棒性。

多普勒计程仪（DVL）工作在未知、复杂的水下环境中时，各个波束的有效性不是都能保证，偶尔会不可避免地产生异常信息，导致水下组合导航系统的定位精度下降。针对水下航行器长航时定位中可能出现的DVL野值和短时失效，提出一种用于SINS/DVL组合导航系统的DVL异常信息处理机制，一方面采用滑动窗卡方检测方法，消除野值对导航精度的影响；另一方面采用基于稀疏贝叶斯理论的相关向量机算法建立DVL速度回归预测模型，在DVL短时失效时输出速度信息避免SINS误差积累。基于长江试验的实测数据，对比了所提方法与DVL失效时仅隔离DVL、采用相关向量机模型预测但未处理野值以及采用支持向量机模型预测并处理野值三种方法，所提方法分别提升了68.8%、67.3%和22.6%的定位精度，可以更准确预测DVL速度输出并且避免野值导致的滤波精度下降问题，验证了该DVL异常信息处理机制的有效性和鲁棒性。

针对传统电磁信标导航定位系统中由惯性元件解算磁传感器姿态误差导致定位性能下降问题，提出了一种不受传感器姿态影响的改进惯性/磁感应定位融合定位方法，避免了姿态误差对定位结果的影响。首先，基于磁信标磁场分布规律与特征矢量构建了与传感器姿态无关的非线性磁感应定位模型；然后，结合惯性元件对载体目标的状态估计提出了改进的惯性/磁感应定位模型，降低了累计误差、提高了定位精度与结果的输出速度；最后，利用无迹卡尔曼滤波（UKF）对融合数据进行处理，实现对动态目标的位置估计。分别通过实验和仿真验证了不受姿态影响的磁感应定位模型以及惯性/磁感应定位方法的有效性。实验结果表明磁感应定位模型能够不受传感器姿态误差的影响实现定位；数值仿真结果表明惯性元件解算姿态辅助磁信标定位方法的最大误差为7.29 m，基于改进的惯性/磁感应融合定位方法最大误差0.77 m。

卫星钟差具有非线性非平稳特征，其趋势分量、周期分量等信号与随机分量互相干扰，不利于钟差估计与预报、时间尺度算法等实际应用。为了实现卫星钟差数据的信噪分离与重构，提出了一种以自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）为基础的信噪分离方法。经CEEMDAN分解得到多个本征模态分量，引入排列熵算法确定噪声主导分量与信号主导分量，通过t检验分析分量的高频与低频特征，从而完成信号重构。对各类北斗卫星原子钟进行实验，结果表明，以CEEMDAN为基础的综合分析方法能够准确辨识本征模态分量特征，重构周期项的频谱图中基本不含有不规则周期分量与多余信号；去除周期分量后，4颗北斗卫星原子钟的万秒频率稳定度平均提升21.6%。

传统地形匹配算法在初始位置误差较大的条件下，由于搜索区域过大，定位精度较低，容易发生误匹配。针对此问题，提出一种基于改进遗传算法（GA）的多波束水下地形匹配方法。首先，根据地形变化特征，在多波束测深数据中自适应选择多条水深数据作为匹配序列，提高在地形相似处的匹配精度；然后，设计适应度函数用于衡量匹配航迹与真实航迹的相似度，加入收敛因子以减小惯导累积误差的影响；最后，利用正余弦算法对遗传算法进行优化，提高算法收敛速度，改善局部收敛的问题。仿真与船载实验结果表明，基于改进GA的多波束匹配方法对初始位置误差的大小不敏感，在分辨率为1 m的地形图上，匹配定位误差小于3 m，相比ICCP方法，在不同初始位置误差的情况下，定位精度分别提高了53%和79%。

针对无人机编队相对导航系统中由于机体/机翼遮挡导致可见信标点个数随时间变化和视觉导航传感器量测噪声统计特性不确定问题，提出了基于逆威舍特分布的变分贝叶斯自适应容积信息滤波（VBACIF）算法。该算法在信息滤波框架下，采用逆威舍特分布表示量测噪声协方差，将三阶球面-径向容积准则和变分贝叶斯理论相结合，在线识别跟踪量测噪声统计特性变化并自适应调节相对导航滤波器的量测噪声协方差矩阵，将每个可见信标点视为一个独立的信息源，融合各信标点的相对视线量测信息从而准确地估计出无人机之间的相对位置、速度和姿态。仿真结果表明，视觉量测噪声协方差未知且时变和可见信标个数变化的情况下，采用VBACIF相对位置、速度和姿态精度较容积信息滤波算法分别提高了24.85%、9.41%和45.52%。

在捷联惯性导航与超短基线组合导航系统中，SINS和USBL存在安装偏差，如不加以补偿将影响组合导航精度。针对此问题，提出了基于迭代扩展卡尔曼滤波（IEKF）的SINS/USBL组合导航系统安装偏差标定算法。首先，根据安装偏差角建立关于量测的非线性函数；然后，引入IEKF算法对安装偏差进行标定。同时为了验证IEKF标定算法的优越性，与递推最小二乘（RLS）和扩展卡尔曼滤波（EKF）算法标定结果进行了对比，并完成了车载半实物仿真试验。试验结果表明，基于IEKF的标定算法在50次蒙特卡罗仿真试验条件下三轴标定精度分别较RLS和EKF提高了16.44%和2.60%、157.69%和1.17%、7.50%和0.41%。

在传统多频非组合精密单点定位（PPP）模型中，由于伪距和相位观测方程包含相同的接收机钟差参数，使得电离层延迟、模糊度参数吸收了部分接收机端伪距硬件延迟（PHD）。为此提出一种直接估计接收机端PHD的多频非组合PPP模型，实现了电离层延迟、模糊度参数与接收机PHD的有效分离，使得模糊度参数不受接收机端PHD的影响，从而获得更优的定位性能。利用MGEX跟踪网全球275个测站的多频实测数据，分别采用传统多频非组合模型（UC-PPP）、估计接收机差分码偏差（DCB）的多频非组合模型（UC-PPP-rDCB）以及所提出的模型进行PPP实验。结果表明，所提出模型在定位精度上优于UC-PPP模型和UC-PPP-rDCB模型，其中在E方向上较其他两种模型的提升幅度分别达到33.3%和14.3%，在3D方向上较其他两种模型可分别提高8.55%和2.20%；在收敛性能上与UC-PPP-rDCB模型相当，其间的差异在1 min内，均优于UC-PPP模型。

针对惯性导航系统现有加速度计电流信号转换电路的不足，提出了一种基于电荷平衡和自动跟踪原理的加速度计电流数字转换方法（CDC），从工作原理上大幅提升转换电路性能。CDC对输入电流和反馈跟踪电流积分输出误差电压，依据该误差电压实时调整其数字输出d以及与d成比例的反馈跟踪电流，实时反馈控制使误差电压稳定在0附近，实现输入电流和反馈跟踪电流二者电荷平衡。设计了单路CDC电路用于原理验证和性能测试。实验表明，±40 mA电流范围内CDC电路标度因数不对称性优于5 ppm，非线性优于10 ppm，电流分辨率优于0.5 nA，动态范围大于164 dB；采用查找表技术补偿后-40℃～+60℃温度区间零偏变化小于30 nA、标度因数变化小于20 ppm，且各性能指标均有较大改善空间。电荷平衡和自动跟踪型加速度计电流数字转换技术具有动态范围大、精度高、分辨率高、易补偿等优点，具有非常好的应用前景。

相较于传统的小抖动腔长控制，自适应腔长控制方法实现了四频差动激光陀螺理想工作点的自动跟踪功能。所提方法在小抖动腔长控制的基础上，通过对光强调制信号的基波和二次谐波进行解调，增加了光强增益控制环路和调制控制环路。通过改进硬件电路和控制算法将增益、调制和腔长3个控制环路紧密耦合在一起，实现四频差动激光陀螺自适应腔长控制系统，从而达到四频差动激光陀螺理想工作点自动跟踪功能。实验结果表明，自适应腔长控制能够消除外界环境、光强、电子元件参数等变化对四频差动激光陀螺工作点的影响，使得四频差动激光陀螺工作在理想工作点上，提升陀螺变温零偏稳定性51%和减小变温零偏最大变化44%。

半导体激光器以其窄线宽、驱动电路简单以及易于集成化等优势被广泛应用于谐振式光学陀螺 系统中。针对谐振光学陀螺小型化需求，设计了半导体激光器热电制冷器（TEC）温控模块。首先在 分析激光器管芯 TEC 模块传递函数特性的基础上，引入 PID 反馈模块，设计并确定合适的反馈参数。 结果表明补偿后闭环系统相位裕量为 76 °，增益裕量为 44.8 dB，具有较好的直流响应和动态性能，并 测得稳定工作时温度波动量小于 0.01℃。最后对激光器输出光学性能进行测试，中心频率漂移在 10 MHz 量级，激光器线宽为 3.1 kHz，结合谐振式光学陀螺的典型参数计算得到谐振腔精细度为 33， 极限灵敏度为 0.14 °/h。满足高性能谐振式光学陀螺中小型化光源的使用需求。

针对航天器质量特性在线辨识问题，建立了适用于航天器转动惯量辨识的数学模型，分析了其 可辨识性和数据采样时间的影响机理。基于渐消记忆递推最小二乘辨识理论，提出了一种改进递推最 小二乘法的在线辨识方法，较传统辨识手段具有工程应用性强、跟踪效率高的优点。为了验证所提出 的在线辨识方法的正确性与可行性，提出了一种基于三轴气浮台的地面全物理仿真试验系统，能够真 实模拟外太空微干扰力矩微干扰力的空间动力学环境。全物理仿真试验表明所提出的算法的辨识精度 优于 96.2%，和理论分析精度（98.4%）相符，从而验证了所提出的航天器质量特性在线辨识方法具有 实用性强、精度高、收敛速度快的优点，对航天器质量特性在线辨识的算法设计和地面验证具有一定 的参考应用价值。

针对高速列车受到执行器故障、输出幅值和变化率饱和等执行器性能约束，模型参数不确定性， 以及附加阻力干扰等影响下的跟踪控制问题，设计了一种鲁棒容错跟踪控制算法。首先，基于双曲正 切函数构造的辅助系统，构建了高速列车的增广速度跟踪控制模型；其次，为避免控制器中出现虚拟 控制信号的一阶导数，采用动态面方法并结合自适应控制技术，设计了高速列车的容错跟踪控制器， 基于 Lyapunov 函数对控制器的稳定性进行了分析；最后，对设计的容错跟踪控制算法进行了仿真验 证。仿真结果表明，控制输入及其变化率均满足所设置饱和约束的要求；列车运行中的暂态速度和位 移跟踪误差分别在 0.016 m/s 和 0.003 m 范围内，从而验证了所设计控制器的良好容错跟踪性能。

针对多套惯导系统冗余配置中，余度管理策略的有效性和完备性难以分析和评估的问题，采用 集值信息系统构建机载冗余惯性参考系统状态集值决策系统，为余度管理策略的评估和分析提供理论 依据。分析传统机载惯性余度管理策略存在的决策风险，建立包含不确定项的冗余惯性参考系统状态 决策系统，并基于各状态隶属度函数评价各子系统状态变化特性，确保决策系统的完备性。开展仿真 试验，验证对比两种余度管理策略对三种典型的惯性传感器故障类型的故障识别率。试验结果表明： 改进的策略对于典型故障类型中的两种时变故障的识别率，相较于传统策略分别提高了 3.9%和 6.9%， 提高了判决指标接近判别门限时的状态判决准确性。