旋转调制光纤陀螺航海惯导系统中，光纤陀螺标度因数误差会与地球自转角速度耦合产生等效的天向和北向陀螺漂移误差，也会与船体摇摆角速度以及惯性测量单元旋转调制角速度耦合产生短时动态误差，限制了长航时航海惯性导航精度。通过使用两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统进行联合旋转调制，提出一种光纤陀螺标度因数误差在线估计与自校正方法。根据两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统的水平旋转轴空间夹角关系建立观测方程，实现在线估计滤波。半实物仿真结果表明，自主导航过程中光纤陀螺标度因数误差在线估计精度优于1 ppm，利用输出校正方式在线补偿光纤陀螺标度因数误差导致的惯导定位误差，有效抑制了两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统定位误差的增长。实际转台模拟实验中，两套三轴旋转调制光纤陀螺惯导系统300 h纯惯性导航整体定位最大误差分别减小25%和40%。算法采用地心地固坐标系，因此也适用于极区导航情况。

微机电惯性测量单元（MEMS IMU）因成本低、体积小以及功耗低等优势受到广泛关注，但由于MEMS IMU误差大且复杂，基于MEMS IMU的捷联惯性导航系统精度还远远不能满足移动机器人、无人驾驶等各个领域的广泛需求。针对此问题，提出了一种基于深度学习与运动状态识别的车辆导航方法。首先，针对MEMS IMU误差具有非线性、时变性的特点，基于改进后的膨胀卷积网络对MEMS IMU陀螺仪漂移进行标定补偿。其次，利用时间卷积神经网络动态检测车辆的运动状态，并将特定运动状态的约束信息作为观测量，基于不变扩展卡尔曼滤波进行信息融合。所提出方法在公开数据集进行了验证，与未对陀螺误差进行标定补偿的基于深度学习的运动状态检测与约束方法进行了比较，所提出方法将车辆水平位置的绝对轨迹误差和相对轨迹误差平均值分别降低了30.9%和24.7%，证明了所提出方法的有效性。

水下长航时惯导系统常使用阻尼技术抑制随时间增长的导航误差。针对传统阻尼算法在阻尼切换过程中的不足，提出基于虚拟圆球法向量位置模型的航海惯导全球容错阻尼算法。所提出方法同时具备无阻尼纯惯导解算和阻尼惯导解算，水平阻尼通道采用三阶无静差阻尼算法，外参考速度精度超差时，阻尼惯导的外参考速度替换为纯惯导速度实现等效的无阻尼纯惯导解算，避免了无阻尼切换阻尼后定位误差超调振荡。始终保留一路不受阻尼过程影响的纯惯导解算结果，增强了可靠性。基于北极科考航行数据的仿真试验结果表明，所提出方法抑制了惯导系统周期性振荡误差，定位精度与传统阻尼方法相当，阻尼切换时，比传统阻尼方法定位精度高，均方根减小超过12%。

在城市复杂环境下，GNSS接收机易受到建筑物遮挡、多路径效应等多种因素影响，导致信号出现粗差或者拒止情况，从而对GNSS/INS组合导航系统的精度和鲁棒性造成影响。提出了一种具备粗差在线检测的GNSS/INS图优化组合导航算法，提高城市环境条件下的组合导航系统性能。基于信息之间存在关联性的特点，设计了一种卫星信号滑窗粗差检测与拟合替换算法，抑制卫星粗差影响；构建了GNSS位置、速度因子和改进的IMU预积分因子，实现了组合导航信息非线性优化。仿真和车载数据试验表明，针对卫星信号中存在粗差的情况，所提算法的定位精度相比扩展卡尔曼滤波和传统图优化算法提升90%以上，可以辅助导航系统获得较好的状态估计效果；针对GNSS拒止的情况，该算法的位置定位精度相比扩展卡尔曼滤波算法提升30%以上。

针对ROV在大深度水下工作环境中由于DVL刻度因数误差和安装角度误差引起导航精度降低的问题，提出了一种基于罗经/DVL/USBL组合导航系统的DVL误差参数在线标定算法。分析并建立了DVL误差参数向组合导航定位误差的传播模型，将DVL的刻度因数误差和安装角度误差引入基于USBL位置观测的卡尔曼滤波组合导航迭代中，使ROV在获得组合导航输出的同时实现DVL的在线标定。仿真与海试结果表明，所提出的算法能够在输出高精度组合导航位置的同时进行DVL的有效标定，在理想条件下，组合导航终点定位误差仿真结果能够达到0.01%航程，具有较高的导航定位精度、DVL误差参数估计精度和算法稳定性。

针对由于跳频信号的频率随时间不断跳变，导致传统复声强法对其方向估计性能不佳的问题，提出一种改进复声强测向方法。首先，构建时频分布矩阵，利用跳频信号模糊函数的特点，对时频交叉项进行抑制；然后，利用迭代法滤除分布于整个时频面的高斯白噪声，获得清晰的时频分布图，并利用信号的时频特征对信号分离与提取时频脊线；最后，将脊线所对应的时频点进行时间积分，利用时频信息提升复声强法对跳频信号的测向能力。仿真及水池试验结果表明，在信噪比大于0 dB时，方位估计均方根误差小于1°，提升了复声强方法对跳频信号方位估计的准确性与稳定性。

利用卫星测高重力场数据仅可恢复有限频段海底地形信息。为定量描述重力-地形间频谱特征，使用EGM2008/EIGEN-6C4全球重力场位系数模型和DTM2006/EARTH2012全球地形球谐系数模型，以及某3°×3°（12°N～15°N,112°E～115°E）真实海域海底地形数据和卫星测高重力异常数据，采用全球/区域地形-重力相干性分析方法，解算分析了全球/区域地形和重力异常表现强相干性频段参考范围。计算结果表明，全球范围地形-重力在120阶～1000阶左右表现强相干性，对应频段范围是25.45 km～210.61 km。同时，重力场元信噪比、非线性项海底地形和地壳均衡均会影响干扰区域地形-重力相干性结果。研究结果可为利用卫星测高重力数据恢复海底地形信息截止频段的确定提供参考与借鉴。

针对无人机远距离跑道线检测时有效信息少且定位困难的问题，提出了一种基于并行反向注意网络的跑道线检测方法。并行反向注意网络采用Res2Net作为主干网络，首先采用并行融合编码器将低级特征与高级特征融合从而获取跑道线的初始轮廓图。在此基础上，融合通道特征金字塔和轴向反向注意力机制来增强图像中的全局和局部特征信息的表达能力。基于无人机着陆图像数据集的仿真试验结果表明所提出的算法有效地检测出跑道线，图像语义分割平均交并比达到86.3%，单帧处理时间25 ms，对于远距离小目标检测有明显的优势。

在应用系统的牵引及光学器件技术的推动下，工程化光纤陀螺朝着小型化、轻量化、高精度方向发展，设计了一种基于新型超细径(60/100)光纤制作的高精度光纤陀螺。相比于传统细径保偏光纤，新型超细径光纤可增加光纤的抗弯曲程度，也可使光纤环圈的绕制半径减少；同时，由于光纤变细，光纤环厚度减小，当环境温度改变时，内外层光纤温度差减小，有利于改善光纤陀螺环圈全温性能，提高光纤陀螺温度特性。首先研究了新型超细径光纤纤芯、包层结构设计，在此基础上为针对性提高涂覆胶体、绕环胶体材料的可靠性，建立了胶体材料性能随时间退化的模型；随后，基于上述新型光纤和小型化宽谱ASE光源，成功搭建了高精度光纤陀螺仪样机，陀螺整机尺寸为70 mm×70 mm×35 mm,陀螺测试零偏稳定性可达0.007°/h，可以满足陀螺小型化、轻量化、高精度需求。

针对两件套半球谐振陀螺力平衡模式闭环控制系统中的锁相环相位误差问题，开展了锁相环相位误差对陀螺影响分析，并提出了一种锁相误差校准方法。基于带阻尼和弹性耦合的动力学方程，推导了存在锁相误差情况下的各控制力表达式，对谐振频率、标度因数和零偏的影响进行了理论分析和仿真验证。发现锁相误差对谐振频率的影响可以忽略，仅为1.35 ppb/°；对标度因数具有一定影响，锁相误差1°处，为152 ppm/°；而对陀螺零偏影响较大，频差0.001 Hz时，为10.8704°/h/°。提出了一种基于幅度控制量极小值的锁相误差校准方法，实验结果表明，校准后零偏减小了54%，验证了所提方法的有效性。

针对目前高精度光纤陀螺小型化的需求，于国内首次提出基于多芯光纤的纤陀螺光纤环复用光纤陀螺方案。通过特殊的耦合方式，使光在多芯光纤中的往返传输，可增加光纤环的有效长度，从而在不增加光纤环尺寸的情况下提高光纤陀螺的测量精度。首先设计了光路方案，对光耦合方式及偏振噪声抑制进行了分析。然后，以六芯光纤为例，提出了一种用于0.001°/h级别光纤陀螺的实用光路方案，经理论推导可知，相同尺寸下，基于多芯光纤复用的陀螺较普通光纤陀螺，理论精度可提升6倍，所以光纤陀螺中使用多芯光纤环可以实现高精度光纤陀螺的小型化。

同振式矢量水听器的灵敏度和频率上限受其所采用的加速度传感器的尺寸和质量制约。为了提高矢量水听器的声学性能，设计了一种紧凑型三轴压电加速度计。首先，分析了矢量水听器密度和尺寸对其声学性能的影响；其次，采用剪切式结构设计了压电加速度计，其尺寸为25×25×17 mm3，质量为49.2 g，灵敏度约为2842 mV/g@500 Hz，工作频段为10 Hz～3000 Hz，最大横向灵敏度比小于3%。最后，将其应用在球形矢量水听器中进行了测试，测试结果表明，设计的压电加速度计较双压电片加速度计，体积减小了8倍，质量减小了5倍，灵敏度提高了2倍，工作频段提高了1.2倍，适合应用在同振式矢量水听器中。

维持气室内原子稳定进动的磁场闭环控制是核磁共振陀螺仪的关键控制技术之一。在目前广泛应用的闭环控制方法中，相位闭环无法实时补偿，且存在由于晶振时钟频率受限造成的量化噪声，导致陀螺零偏稳定性较差且转速分辨率较低，限制了核磁共振陀螺的应用范围。为解决以上问题，提出了一种基于自激励的闭环控制方法，通过理论仿真模型和实验设计，验证了其正确性与可行性。仿真结果表明，采用所提出闭环控制方法的陀螺漂移可达到9×10-4 °/h，角速率分辨率可达到0.1°/s以内。实验结果表明，与传统方法相比，采用所提出的方法使得陀螺漂移精度提高了一个数量级，同时，为未来核磁共振陀螺小型化奠定了基础。

全角模式半球谐振陀螺具有测量动态范围大，不存在速率积分误差等优点，应用场景广泛，但驻波检测和驱动电路的增益非对称会对其标度因数的线性度和稳定性产生影响。针对上述问题，推导了含有检测驱动电路增益和相移的陀螺动力学模型,明确电路增益和相移不对称对陀螺标度因数的影响机理，提出一种检测驱动电路单路复用的方法，并通过仿真验证了所提方法的有效性。最后开展单路复用实验，实验结果表明单路复用将全角模式下的角速度漂移降低了82%，并将标度因数非线性从6%降低到了1.3%，基本消除了电路的增益非对称对标度因数的影响。

激光捷联惯导系统上电启动时，陀螺受温度影响其零偏会经历快速变化到逐渐稳定的过程，影响惯导系统应用精度。因此，提出了一种基于粒子群-反向传播神经网络（PSO-BP）的激光陀螺温度补偿方法，利用粒子群算法寻找神经网络模型的最优权值与阈值，以温度和温度梯度作为自变量，建立陀螺零偏输出的补偿模型。激光惯导系统工作温度范围内的温度试验结果表明：与传统反向传播神经网络算法相比，所提出的PSO-BP神经网络模型的速度提高了4倍，模型拟合精度更高，且避免了反向传播算法易陷入局部最优解的问题。经过粒子群-反向传播算法补偿后，陀螺零偏稳定性相比温补前提高了60%，进一步验证了模型的有效性。

石英挠性加速度计是捷联式惯导、重力梯度计等惯性测量设备的核心元件，其偏值和标度因数的温度稳定性是影响惯性测量设备性能的重要因素。为提高加速度计温度稳定性，从结构设计、材料选择、工艺改进、磁路优化四个方面进行了改进设计。首先，分析了加速度计零偏和标度因数温度稳定性影响机理。其次，设计了摆片隔离槽结构，摆片与骨架之间采用二次过渡粘接工艺，力矩器线圈骨架选用温度性能更好的氮化铝陶瓷材料，优化了上下磁路连接方式。最后，对改进措施进行了实验验证，实验结果表明，改进后的石英挠性加速度计全温条件下（-40℃～+60℃）偏值和标度因数温度系数减小约30μg/℃和10 ppm/℃，降低到6.8μg/℃和13.7 ppm/℃，显著改善了加速度计的温度稳定性。

为满足冷原子干涉仪工程化研制需求，推动其在重力测量等领域的实际应用，提出一种以现场可编程逻辑门阵列为集成微处理单元，以直接数字频率合成器为分布执行单元的单激光器激光控制方案，降低系统的尺寸重量功耗，提高控制的集成度，改善外场的适应能力。对基于该激光控制系统的性能进行了评估，并开展了87Rb自由下落式冷原子干涉重力测量实验验证。实验结果表明，所提出方案能够适用于冷原子重力仪激光系统的输出控制，基于所搭建的激光控制系统完成了41小时的连续重力测量实验，重力固体潮测量稳定性达到4.3μGal@1 h，与原有实验室样机的重力测量性能相当，且体积重量功耗之乘积降低至其1/11。

为提高双轴离心机上液浮陀螺仪的标定精度，对双轴离心机的误差进行分析并有效分离，根据双轴离心机的结构特点和工作方式建立坐标系，讨论了离心机误差和陀螺仪相关误差模型系数的关系，同时完善了陀螺仪在双轴离心机标定过程中的误差模型。考虑到在离心机中标定的可靠性和实效性，根据陀螺仪的标定模型提出了九姿态试验法，采用最小二乘法对陀螺仪误差模型参数的辨识。最后，分析了两轴线平行度、两轴角位置不同步误差对液浮陀螺仪误差模型系数标定精度的影响，通过仿真分析验证了标定方法的有效性。仿真结果表明，误差模型系数辨识的精度可控制在模型系数的13.2%以内，另外，相对于速率追踪模式，相位追踪模式能有效降低角位置不同步误差对标定结果的影响，部分误差模型二阶项系数的标定精度可提高。

通过半球谐振子与电极所构成电容间距的改变来敏感驻波位置的方法会导致检测信号产生非线性失真，进而引起全角半球谐振陀螺产生漂移。针对这一问题，提出了一种用于描述这种漂移的数学模型，并进行了仿真分析。首先，详细阐述了电容变间距检测的原理，并分析了存在于检测信号中的非线性误差来源；然后，根据驻波位置的解调原理建立了检测信号非线性引起全角半球谐振陀螺产生漂移的数学模型；最后，通过转台实验和Simulink程序仿真分别验证了八次谐波信号的来源以及误差数学模型的正确性。实验结果表明，检测信号非线性会导致陀螺产生与角度八次谐波相关的误差项，当外界输入转速为400°/s时，八次谐波项归一化幅值为四次谐波项归一化幅值的14.52%。仿真结果表明，八次谐波误差的幅值与半球谐振子的振幅间距比呈高阶多项式正相关，与驻波的转速呈线性正相关。所提出的数学模型为全角半球谐振陀螺八次谐波误差的分析与补偿提供了理论依据。

磁浮列车-支撑梁耦合自激振动，是有别于轮式交通的新现象，成为影响系统安全、舒适性的技术难题。首先，通过构建基于磁通内环的控制模型并进行稳定性分析，得到了调减桥梁位置控制增益的避振策略。其次，结合系统控制模型提出了利用加速度信号重构电磁铁位置信号进行反馈的振动抑制算法，并进行了理论分析。最后，仿真分析和实验验证结果表明，所提出的控制方法可在1 s内消除传统算法引起的自激振动，显著提升系统稳定性，对电磁型磁浮列车的商业化应用提供参考。

惯导设备是火炮等武器系统的核心设备，在正常工作时，惯导设备与火炮身管轴线保持一致，为火炮提供空间指向。因而，对惯导设备进行精度测试和安装标校可以通过对火炮身管轴线空间指向的测量来实现。利用光电跟踪和北斗双天线定向，提出了一种快速动态测定火炮身管轴线空间指向的方法,将相位激光测距机和高分辨率相机安装在高精度双轴伺服机构上，将北斗双天线分别安装在目标靶板和伺服机构上，同时获取初始空间角、空间距离、空间转角等信息，通过实时空间解算获取火炮身管轴线的空间指向。利用蒙特卡洛方法对基于光电跟踪的火炮轴线空间角测量系统误差进行了仿真分析。通过实验验证，火炮轴线空间角测量误差小于0.25 mil，与蒙特卡洛分析结果相当。测量效率较传统双站经纬仪方法提高3倍以上。实验结果表明，可以利用所提出方法替代双站经纬仪方法对惯导设备进行精度测试与安装标校，以提高工作效率。