惯性导航系统(INS)是一种推算导航系统,载体的位置通过积分速度获得,而速度则通过测量的加速度积分后获得,姿态是通过积分测量的角速率获取。导航方程的每一次迭代都必须利用前一次的导航结果作为其初始值,因此,INS在正式工作前应该对其进行初始化,该过程称其为“初始对准”。初始对准主要初始化载体的位置、速度与姿态信息,载体的位置与速度信息通常由外界信息给出,而初始的姿态信息既可通过外部信息提供,也可以由INS敏感重力矢量和地球自转矢量来确定,课题研究后一种自对准方式,重点研究由船用光纤捷联惯性导航系统的行进间自对准技术。论文中主要从以下几个方面开展研究:(1)针对光纤陀螺仪和由其构成的捷联惯性导航系统初始对准技术进行调研分析,在充分了解国内外相关技术研究现状后,并根据实验室现有的惯性器件(包括陀螺仪和加速度计)水平,确定捷联惯性导航系统的初始对准的目标精度。(2)详细推导了船用捷联惯性导航系统姿态、速度、位置的导航更新算法,建立系统误差方程组,并且在姿态更新算法中对圆锥误差进行补偿,速度更新算法中对划桨效应误差的进行补偿,以此在发挥高精度陀螺仪和加速度计的优势的同时,提高初始对准期间姿态跟踪的精度。(3)当舰船在码头系泊或锚泊,或是航行过程中导航系统出现故障重启时,由于受风浪的影响,系统需要在动态环境完成初始对准,此时载体的角运动远大于对准时的基准信息(地球自转角速度),因此,动态环境下的初始对准一直是惯性导航技术研究难点。针对该问题,论文中重点研究GPS速度辅助的行进间自对准技术,在理论仿真分析的基础上,设计了三轴摇摆台试验,并用实际海试数据验证方案的有效性。(4)由于在“凝固惯性系粗对准+Kalman滤波精对准”方案中可以实现在对准过程中完成对惯性器件的误差标定,如陀螺仪的常值漂移和加速度计的常值零偏等,因此,提高了系统的纯惯性导航精度,使系统具备了短期惯导的功能,可以用于水下机器人在没有GPS信号时的三维运动轨迹测量。在具体实施时,通过观测瞬时速度信息,判断载体是否处于“伪静止”状态,对系统实施零速修正,以此修正导航系统参数。该方法在深水池试验得到了验证,该方法可达到了厘米级(5分钟内)的精度。