提出了一种基于姿态关联帧的星敏感器标定方法,该方法通过外场天文观测即可实现标定。首先,利用与星敏感器捷联安装的陀螺组合体提供的高精度角度信息,实现了多帧星图的关联叠加,然后构建多帧星图之间恒星与像点的成像映射模型,最后采用最小二乘法实现了星敏感器内参数的全局优化。仿真结果表明,相比基于星角距的标定方法,所提方法标定精度更高、稳健性更佳,且能同时标定出星敏感器相对陀螺组合体的安装矩阵,因此其适用于船载和机载惯性/天文组合导航系统的参数标定。

星敏感器是一种高精度姿态测量设备,被广泛应用于航天、航空、舰船等领域,其性能主要取决于内参数的标定精度。选用何种标定方法完成内参数的标定以及如何提高内参数的标定精度是星敏感器实现高精度姿态测量的关键。针对现有的依赖姿态解算的标定方法与不依赖姿态解算的标定方法进行了相应研究，通过采用网格状星图分析了两类标定方法的噪声特性,同时对比研究了两类标定方法在不同星点数目、不同星点分布下的标定情况。仿真结果表明：星点数目越多内参数的标定精度越高,星点分布越均匀内参数的标定精度越高,且在同等情况下依赖姿态解算的标定方法的精度要优于不依赖姿态解算的标定方法。

在自主导航状态下, 捷联姿态测量系统存在的舒拉调谐等周期性误差可以通过内阻尼技术进行有效抑制。但是阻尼的加入破坏了系统的舒拉调谐条件, 系统会受载体加速度的影响, 产生新的姿态角误差。针对传统阻尼网络阻尼比固定的缺点, 设计了一种阻尼比可连续调节的阻尼网络, 推导了载体加速度、阻尼比和姿态角误差三者之间的关系。为抑制系统在载体机动状态下产生的姿态角误差, 提出了一种根据载体加速度大小实时调整系统阻尼比的自适应阻尼方案。仿真与实验结果均表明: 设计的阻尼网络可有效抑制系统姿态角误差; 自适应阻尼方案可有效降低载体在机动状态下阻尼对系统的不利影响, 提高系统精度。

捷联惯导系统的精度受到自身各种误差因素的影响, 需在使用之前进行精确地标定和补偿。为了更加有效地标定误差, 设计了一种10位置系统级标定的方法。利用简化的误差模型和速度误差变化率方程, 建立了所有误差参数与导航误差之间的线性关系。通过设计的10位置连续旋转方案对由各项误差参数引起的速度误差进行充分激励, 利用所得数据进行卡尔曼滤波, 计算出包括陀螺仪和加速度计的零偏、标度因数误差、安装误差以及加速度计二次项误差等24个误差参数。仿真得到陀螺零偏误差优于0.000 75(°)/h, 加速度计零偏误差优于5 ?滋g, 陀螺和加速度计的安装角误差优于1.5″, 标度因数误差优于2 ppm(1 ppm=10-6)系统, 加速度计二次项误差优于0.15×10-6 s2/m。另通过3组实验验证了重复性, 证明了该方法确实有效。

捷联惯导系统的精度受到自身各种误差因素的影响, 针对陀螺的标度因数误差和非正交安装角误差, 提出了一种以圆锥运动激发姿态误差来进行快速标定的方法。通过理论分析得出, 在短时间内, 由于标度因数误差和非正交安装角误差的存在, 圆锥运动将激发出随时间线性增大的姿态解算误差。将解算得到的姿态误差与陀螺数据联立, 可以反解得到标度因数误差和非正交安装角的值。通过仿真验证, 安装角误差能达到1″以内, 标度因数误差能达到5ppm以内。

针对现有自准直模型包含系统信息量有限的不足, 提出了一种基于厚透镜对光线变换的建模方法。以应用光学中厚透镜对光线变换的理论为基础, 结合矢量运算和坐标系旋转方法建立了光电自准直系统数学模型。通过数值仿真, 对模型中包含的平面镜的转角、透镜的厚度、焦距及表面曲率半径、光源和探测器位置等系统主要参数对光电自准直系统的成像影响进行了分析, 并通过对像点几何中心的提取, 分析了透镜成像畸变对光电自准直系统测量精度的影响。文章建立的模型, 为系统参数的提取和优化、分析像点轨迹变化的影响因素以及自准直测量误差的分析和补偿提供了理论支持。

测量竖直轴系倾角回转误差时，一般通过坐标系旋转法建立误差模型，利用傅里叶分析法分离误差得到。提出了基于几何学的倾角回转误差建模方法，得到了与坐标系旋转法一致的物理模型，建模过程更加简单。分别通过曲线拟合法和傅里叶分析法实现误差分离，并仿真分析了曲线拟合法和傅里叶分析法的误差分离精度。实验测得某型精密单轴转台倾角回转误差平均值、均方值分别为0.165″和0.186″，并得到各测量点处倾角回转误差实时测量值。

为利用相机进行天文观测以实现高精度的相机姿态测量，必须先对相机参数进行精确标定。针对传统相机标定方法工作距离有限的问题，提出了以恒星为控制点的相机标定方法，根据球面天文学方法计算观测时刻控制点的世界坐标，利用摄像测量原理建立了恒星观测模型，求解相机的内外参数并分析了误差因素。实验结果表明，该标定方法在不依赖于精密、复杂的外部设备情况下可达到较高精度，并具有较强的抗噪声能力。将标定结果用于天文观测并求解相机姿态，航向角和俯仰角的解算重复性优于10″，能够满足高精度姿态测量的需求。该方法可进一步推广应用于星敏感器的标定。

设计了一套高精度的速率偏频激光陀螺寻北仪样机。样机主要由90型速率偏频激光陀螺和高精度单轴一体化转台构成，采用东西向二位置寻北方案，通过滑动平均法处理采样数据，降低量化误差的影响。在地理纬度28.2°处进行寻北实验，结果表明,静基座条件下200 s寻北精度优于16″。

利用梯度法对激光雷达信号进行处理，检测出突变部分的幅度和位置，根据梯度信息计算相应的平移序列，加入到原始信号中，使所得信号中不包含突变信息。利用经验模态分解(EMD)方法对去突变信号进行分解和去噪就可以避免模态混叠和突变位置附近出现的局部振荡现象。将该方法应用于实际激光雷达数据去噪过程中，实验结果表明，该方法能消除由突变引起的重构信号局部振荡现象，对信号平稳部分的噪声能有效地滤除，又能较好地保留信号的突变信息。