随着现代控制理论、计算机技术和航空航天技术的发展,对导航系统的精度和可靠性要求越来越高。采用误差补偿技术和容错技术是提高导航系统精度和可靠性的重要措施。本论文的研究旨在追踪国际国内前沿,重点研究导航系统故障检测与诊断方法以及高动态环境下捷联惯性导航系统(SINS)的不可交换误差——圆锥误差和划船误差的补偿技术。受第二炮兵工程学院的委托,对捷联惯性组件(陀螺和加速度计)误差系数的验前数据分析及其概率统计建模也作了初步探索。 对SINS中冗余配置的传感器量测系统的软故障,研究了目前常用的广义似然比检验(GLT)和最优奇偶向量检验(OPT)方法,主要讨论两种方法的有效性问题。首先,对由同类型同精度的单轴传感器构成的冗余量测系统,研究了两种方法故障隔离函数之间的关系,指出OPT方法进行故障检测存在的问题,从理论上分析了出现此问题的原因。进而,对OPT方法中的故障检测函数进行了修正。证明了用修正后的OPT方法和GLT方法进行故障检测和隔离是完全等效的。其次,对于一般的传感器冗余测量系统,证明了当故障输入阵和量测噪声输入阵之间成倍数关系时,两种方法的故障检测与隔离效果也是完全相同的。最后,为了研究更一般情况下GLT方法和OPT方法的故障检测与隔离(FDI)效果,将它们应用于双轴陀螺传感器冗余量测系统,并进行了仿真试验,得出了许多有意义的结论和满意的结果。 对基于系统量测方程和状态方程的动态系统,研究了系统的鲁棒故障检测与诊断(FDD)问题。首先,分析了系统鲁棒故障检测残差设计的基本原理及其性能指标。然后,根据鲁棒设计原理,将OPT方法进行推广,设计出对系统特定故障类型敏感、而对其它故障和量测噪声不敏感的鲁棒奇偶残差,得到了鲁棒FDD方法。最后,将鲁棒FDD方法和常用的FDD方法应用于组合导航系统,通过Monte-Calro仿真,对提出的理论与方法进行了验证。 讨论了高动态环境下,SINS中不可交换误差的补偿算法。首先,根据旋转矢量微分方程,分析了不可交换误差产生的根源,给出圆锥误差补偿量及其一般形式。其次,介绍了算法的对偶性原理,根据算法的对偶性原理和圆锥误差补偿的一般形式,得到了陀螺和加速度计任意子样数下划船误差补偿的一般形式。在经典的划船运动条件下,对划船误差补偿算法的系数进行优化,得到了优化后的通用公式及其算法误差主项。基于该方法可以充分利用圆锥误差算法的已有结果,由计算机编程计算得到划船误差补偿的任意子样数算法,无需繁琐的重复推导,既方便又准确。 基于新兴的现代统计理论,将Bootstrap方法和随机加权法与数据融合理论结