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作为一种能提供速度、位置、姿态等多种导航信息的完全自主式导航系统，捷联惯性导航系统（Strap-down Inertial Navigation System，SINS）广泛应用于测绘设备与仪器。但是，SINS初始化存在时间长、精度低等问题，特别是在工作环境较恶劣的情况下，SINS无法得到精确的初始捷联矩阵信息。因此，论文针对现有SINS初始化存在的问题，对SINS初始化中的关键技术—标定和初始对准进行深入研究。论文研究的主要内容有：
详细分析了SINS基本力学方程，推导了系统导航参数更新算法和导航误差方程。以误差方程的特征方程分析和计算机仿真相结合的方式，分析了系统在静基座和动基座下的误差传播特性。得出如下结论：初始姿态失准角对系统误差的影响最大，陀螺常值漂移的影响次之，加速度计零位误差的影响相对较小。系统误差中含有舒勒、傅科以及地球3种周期振荡性误差，其中傅科周期对舒勒周期进行调制。
针对惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）标定模型的精确性、适用性等工程问题开展研究，以三轴一体IMU安装误差角为切入点，从空间几何学角度建立IMU标定数学模型，将IMU标定数学建模问题转化为三维空间坐标系的转换矩阵的求解。论文建立了4种陀螺标定线性数学模型、4种加速度计标定线性数学模型和4种加速度计标定非线性数学模型，并设计分立式标定实验分别对四种标定误差模型进行仿真验证，为不同精度要求的SINS选择IMU标定数学模型提供理论依据。
针对IMU标定时间长、标定精度低等问题，分别设计IMU快速、高精度标定方案。利用惯性系对准中北向失准角和方位失准角的理论估计误差与陀螺漂移和加速度计偏置之间的关系，设计3个标定位置解算6个线性无关方程，对陀螺零位和加速度计零偏进行快速标定。以系统速度误差和姿态误差为观测量，以最近一次的IMU标定参数作为初始值，进行标度因数和安装误差等标定参数的快速修正。论文通过合并IMU标定参数误差，以速度误差和姿态误差作为观测量，设计一种基于Kalman滤波的六位置系统级标定方法，对IMU标定模型中的24个标定参数误差进行估计和补偿，并在此基础上，根据陀螺标定参数误差估计曲线特点，对陀螺组件进行两级系统级标定方法，进一步提高IMU标定精度。
为了消除晃动摇摆环境下外界干扰对初始对准的影响，提出了一种基于惯性坐标系内进行初始对准的方法。通过在惯性坐标系内对比力积分的方法消除周期性干扰的影响，并设计无限脉冲响应数字滤波器（Infinite Impulse Response Digital Filter，IIR）对高频干扰进行滤波处理，完成SINS粗对准。论文分析了惯性坐标系初始对准方程，得出陀螺漂移对惯性系对准精度影响较大，利用旋转机构的转位功能采用Kalman滤波进行陀螺漂移的估计与补偿，在惯性坐标系内建立惯性系Kalman滤波状态方程和观测方程，估计地心惯性坐标系失准角，对惯性坐标系粗对准结果进行修正。仿真及实验结果表明：惯性坐标系初始对准可以大大提高SINS在摇摆晃动基座下的抗干扰能力和对准精度。
详细分析了SINS基本力学方程，推导了系统导航参数更新算法和导航误差方程。以误差方程的特征方程分析和计算机仿真相结合的方式，分析了系统在静基座和动基座下的误差传播特性。得出如下结论：初始姿态失准角对系统误差的影响最大，陀螺常值漂移的影响次之，加速度计零位误差的影响相对较小。系统误差中含有舒勒、傅科以及地球3种周期振荡性误差，其中傅科周期对舒勒周期进行调制。
针对惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）标定模型的精确性、适用性等工程问题开展研究，以三轴一体IMU安装误差角为切入点，从空间几何学角度建立IMU标定数学模型，将IMU标定数学建模问题转化为三维空间坐标系的转换矩阵的求解。论文建立了4种陀螺标定线性数学模型、4种加速度计标定线性数学模型和4种加速度计标定非线性数学模型，并设计分立式标定实验分别对四种标定误差模型进行仿真验证，为不同精度要求的SINS选择IMU标定数学模型提供理论依据。
针对IMU标定时间长、标定精度低等问题，分别设计IMU快速、高精度标定方案。利用惯性系对准中北向失准角和方位失准角的理论估计误差与陀螺漂移和加速度计偏置之间的关系，设计3个标定位置解算6个线性无关方程，对陀螺零位和加速度计零偏进行快速标定。以系统速度误差和姿态误差为观测量，以最近一次的IMU标定参数作为初始值，进行标度因数和安装误差等标定参数的快速修正。论文通过合并IMU标定参数误差，以速度误差和姿态误差作为观测量，设计一种基于Kalman滤波的六位置系统级标定方法，对IMU标定模型中的24个标定参数误差进行估计和补偿，并在此基础上，根据陀螺标定参数误差估计曲线特点，对陀螺组件进行两级系统级标定方法，进一步提高IMU标定精度。
为了消除晃动摇摆环境下外界干扰对初始对准的影响，提出了一种基于惯性坐标系内进行初始对准的方法。通过在惯性坐标系内对比力积分的方法消除周期性干扰的影响，并设计无限脉冲响应数字滤波器（Infinite Impulse Response Digital Filter，IIR）对高频干扰进行滤波处理，完成SINS粗对准。论文分析了惯性坐标系初始对准方程，得出陀螺漂移对惯性系对准精度影响较大，利用旋转机构的转位功能采用Kalman滤波进行陀螺漂移的估计与补偿，在惯性坐标系内建立惯性系Kalman滤波状态方程和观测方程，估计地心惯性坐标系失准角，对惯性坐标系粗对准结果进行修正。仿真及实验结果表明：惯性坐标系初始对准可以大大提高SINS在摇摆晃动基座下的抗干扰能力和对准精度。