随着惯性技术的快速发展,基于惯性导航的精密测量应用日益受到人们的广泛关注。本文以高速铁路轨道精密测量为应用背景,围绕高精度惯性测量应用中几个普遍存在的典型问题展开研究,主要研究工作和研究成果如下:研究了无GNSS信号条件下,实现铁路轨道外部几何参数快速、高精度测量的问题,提出了基于IMU/里程计/地标组合的轨道测量滤波平滑算法。通过合并具有相同传播特性的误差项,建立状态完全可观的系统滤波模型,并对合并后的等效误差项进行统一的估计与补偿,解决了载体机动性弱,系统误差源多,各误差项之间存在耦合的问题;通过引入最优平滑估计算法,解决了观测更新中断或观测地标点较少条件下轨道高精度测量的问题;基于协方差分析法,理论上分析了轨道绝对测量精度与各系统误差之间的解析关系,仿真及实验结果表明:本文所提轨道测量算法,在使用中等精度陀螺及间隔60m通过全站仪提供一个高精度控制点位置观测条件下,轨道外部几何参数的测量精度统计值可达1mm(1σ),与传统基于全站仪静态测量的方式相比,精度水平相当,工作效率显著提高。研究了基于零速修正辅助的惯性导航系统毫米级轨道不平顺性参数的测量方法,解决了无高精度地标情况下,轨道内部几何参数高精度测量的问题。分析了绝对测量误差与相对测量误差之间解析关系,并建立了卡尔曼滤波及平滑方程;基于协方差分析法,分析了轨道不平顺性测量的理论精度,从理论上证明了基于零速修正辅助的惯性轨道不平顺性测量方法的有效性。仿真及实验结果表明:在每60m进行一次零速修正条件下,该方法与传统基于全站仪的静态测量方法相比,30m弦轨道不平顺测量精度一致,且测量重复性较好。该方法实现了低精度位置观测条件下高精度相对测量的目的,大大降低了对高精度地标的依赖,减少了控制点维护负担,提高了工作效率。研究了基于扩展卡尔曼滤波平滑的轨道快速性惯性测量方法,解决了初始方位误差较大情况下,铁路轨道高精度测量的问题,从而有利于提高测量的快速性及设备操作使用的灵活性。无初始精对准条件下的轨道测量实验结果表明:在进行5s解析粗对准条件下,利用扩展卡尔曼滤波平滑算法,可以实现轨道不平顺性参数的高精度测量,30m弦轨道不平顺性测量精度约为1mm(1σ),有效地提高了轨道检测的快速性和灵活性。研究了基于零速修正的惯性/里程计误差参数标定方法,根据零速修正辅助惯性导航系统短时间内相对定位精度高的特点,采用零速修正辅助惯性导航解算所得相对位置替代传统里程计标定方法中所需的地标点,解决了无高精度地标点条件下,里程计标度因数及惯导与里程计安装偏角的高精度标定问题。仿真及实验结果表明:该标定方法能够有效地对里程计的标度因数误差及惯导与里程计之间的安装偏角误差进行有效地估计,所得结果与采用高精度地标的方式具有很好的一致性。