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寻北是人类自古以来的需求,以陀螺仪为关键器件的惯性技术的发展为开发独立高精度寻北系统提供了新方法。其中,光纤陀螺因其独特的优势而被广泛使用。与完整的惯性导航系统相比,由单个光纤陀螺构成的寻北仪具有显著的成本优势。本文在光纤陀螺特性和寻北原理的基础上,针对由单个光纤陀螺构成的寻北系统深入研究了寻北方案和各误差源传播规律,建立了机械结构误差模型,根据误差传播规律和光纤陀螺特性设计了改进寻北方案。本文主要内容和贡献有:(1)在全面分析光纤陀螺工作原理、性能指标、噪声来源的基础上,采用Allan方差分析法分析出角速率白噪声为光纤陀螺主要噪声来源。对常用的寻北方案进行了比较分析,建立了机械结构误差模型,该模型描述了存在安装误差和基座调平误差的情况下,每个转位点的陀螺测量角速度与初始方位角之间的关系。(2)对单光纤陀螺寻北仪的误差传播规律进行了研究,分析出陀螺测量角速度误差、转轴安装误差、基座调平误差和转位偏差对寻北精度的影响较大,为寻北仪的陀螺选型和机械结构设计提供了参考。设计了GUI用户图形界面方便了寻北误差分析。(3)在传统寻北方案的基础上,根据寻北仪主要误差源和光纤陀螺特点进行了寻北方案的改进。针对调平费时费力并且转轴的安装误差对寻北仪精度影响大的问题,设计了增加一个加速度计的解析式调平寻北方案。针对光纤陀螺启动阶段存在速率斜坡的问题,设计了增加一次转位的改进二位置寻北方案,可以在寻北解算中基本消除趋势项误差。针对光纤陀螺随机游走系数大的特点,设计了根据初始方位角的不同合理分配数据采样时间的改进四位置寻北方案,在采样总时间不变的条件下提高了寻北精度。