惯导系统的性能直接制约着武器装备的实战效能,尤其是在如战机、卫星和潜艇等对惯导系统可靠性和精度要求较高的场合。论文针对二频机抖激光陀螺在冗余配置和混合配置状态下的若干关键技术进行研究,旨在进一步提高激光陀螺惯导系统在无故障时的导航性能,通过硬件冗余、软件冗余以及不同惯性器件混合配置的方式,进一步挖掘二频机抖激光陀螺惯导系统的不同架构可能和导航潜力。此外,为保证课题研究过程中的标定和多种转台测试实验精度,文章还对高精度惯导系统对三轴转台的反标定技术进行了研究。主要工作包括以下五个方面:1.二频机抖激光陀螺冗余惯导系统惯性测量单元结构配置方案分析。从普适性的斜置冗余惯导系统的传感器配置方案出发,针对系统的传感器输出模型、惯性测量单元配置方案对系统可靠性的影响以及系统的可靠度效费比进行分析,给出了器件级冗余惯导系统在不同冗余度和不同配置状态下的最优结构配置方案。针对二频机抖激光陀螺的固有特性,对激光陀螺斜置冗余惯导系统的冗余度和配置方案进行了分析。结合冗余惯导系统对电源、相关数据通讯、信号处理、导航计算机的冗余设计要求,研发了四冗余度激光陀螺捷联惯导系统样机,并对样机输出进行了测试。2.冗余惯导系统惯性测量单元高精度标定方法研究。高精度的器件参数标定是惯导系统高精度导航定位的基础。由于采用多器件斜置安装,斜置冗余惯导系统与传统的器件正交安装系统在标定参数建模方面存在明显差异,且随着配置方式的复杂,分离各项误差参数的难度也逐渐增大。目前,现有的正交系统分立式及系统级标定方案均无法直接应用于斜置冗余惯导系统中。本文从分立式标定和滤波法系统级标定两种方法入手,针对斜置冗余惯导系统的标定误差建模、标定误差激励方式以及误差估计方法进行了研究。以课题组研制的二频机抖激光陀螺斜置冗余惯导系统样机为对象,采用提出的基于子惯导的Kalman滤波法系统级标定方案完成了样机的高精度参数标定,并对样机静态和动态跑车导航定位精度进行了测试,样机在动态跑车测试最大定位误差为0.38nm/1h和1.2nm/3.5h。3.单轴旋转激光陀螺+光纤陀螺混合系统相关技术研究。在对激光陀螺导航性能充分挖掘的基础上,为弥补激光陀螺的固有缺点,充分发挥其高精度的优势,提出了混合系统的概念。通过采用激光陀螺作为天向陀螺,采用小角速率随机游走的双光纤陀螺作为水平陀螺,以实现不同类型惯性器件混合应用。本文结合混合系统的性能要求,设计了单轴旋转激光陀螺+光纤陀螺混合惯导系统样机,样机重量10kg,整体长宽高分别为:24.5cm?21cm?25cm。在对其特有误差特性分析过程中,针对机抖激光陀螺的抖动影响给出了解决方法,对激光陀螺和光纤陀螺的延时误差测量方法进行了分析。通过设计器件级延时误差测量+系统级延时误差估计的方式,实现了对不同器件延时高精度测量的目的,为系统的高精度动态导航打下了基础。在此基础上,对样机的长时间静态、静态+动态结合和跨纬度动态跑车的导航性能进行了测试,样机静态导航最大定位误差0.876nm/60h,静态+动态随机摇摆导航测试最大定位误差为1.87nm/48h和2.67nm/120h,跑车试验的定位误差最大值为2.3nm/16h。4.基于软件冗余的多路延时对准的舒拉周期振荡误差抑制方法研究。对于长时间对准的高精度惯导系统,尤其是用于航海导航的旋转调制惯导系统中,在天向陀螺的零偏估计准确度很高的情况下,舒拉周期误差在一段时间内成为了系统导航误差中的主要部分。在对大量航海惯导系统进行数据分析的基础上,发现有部分系统具有很准确的舒拉周期振荡特性。本文针这种发现,提出了采用多路延时对准的方式以抑制系统舒拉周期振荡误差的方法。针对多路信号的通道数目优选,数据融合方法进行了研究,并结合教研室的多套系统进行了多组长时间静态和动态导航测试。实验结果表明,对部分系统,设计的延时对准解算+数据融合的方法对惯导舒拉周期振荡误差抑制效果明显。5.基于高精度惯导系统的三轴转台反标定方法研究。针对惯导生产厂家不便于对转台状态实时自检的实际问题,本文针对高精度惯导系统对三轴转台的反标定技术进行了研究。通过惯导系统对准结束后的短时间高精度姿态信息对转台多轴正交转动的姿态测试,实现了三轴转台的两两轴线垂直度测量。在此基础上,结合三轴台码盘输出姿态,通过矢量匹配的方法得到两者的安装姿态关系,实现了转台的初始姿态标校和实时姿态测量,为转台给惯导系统提供高精度姿态基准打下了基础。