当前,惯性导航系统虽已广泛应用于各个导航领域,但其主要有以下两方面缺点:(1)水平定位误差随时间累积;(2)惯性导航系统高度通道无阻尼,其高度信息完全发散。为了弥补惯性导航系统的缺点,组合导航成为惯性导航技术的一个发展趋势。课题组一直致力于车载激光多普勒测速仪的研制,以期与惯导系统的组合导航实现高精度水平及高度定位。本文以三维激光多普勒测速技术为研究目标,旨在进一步拓展激光多普勒测速仪的应用范围,提高组合导航精度。主要的研究工作包括以下四方面内容:1、三维激光多普勒测速仪结构及单探头性能测试。从激光多普勒测速仪的应用特点及对称性冗余角度,设计了参考光型四光束三维测速仪结构;从归一化散射光功率、总探测灵敏度及单向探测灵敏度等方面选择了四光束三维测速仪的光束倾角和光束夹角。根据设计,完成了三维测速仪的制作,进行了一系列针对单探头测速性能的评估实验,测定了各个探头的速度测量精度、长度测量精度、测速线性度、测量景深及速度测量下限等方面参数。2、激光多普勒测速仪随机误差及滤波算法。研究了测速仪随机误差特性;针对测速仪随机漂移误差,改进了传统的时序分析法,提出新陈代谢时序分析模型,并在此基础上提出了三种能够实时降低测速仪的静态及动态随机漂移误差的滤波方法:新陈代谢双时序模型、新陈代谢灰色时序模型及新陈代谢时序灰色模型,详细分析比较了这三种模型的滤波效果。3、组合导航中激光多普勒测速仪的标定方法。结合课题制作的四光束三维测速仪,系统性研究了组合导航中的五种类型激光测速仪参数的标定问题,提出了二次滤波标定方法;推导了单光束一维测速仪、Janus配置一维测速仪、二维测速仪、三光束三维测速仪和四光束三维测速仪的速度误差模型,给出了二次滤波标定法在这五类测速仪参数标定中的解算过程;阐述了车体颠簸及载重的变化对单光束一维测速仪、Janus配置一维测速仪、二维测速仪标定参数的影响;分析了三维测速仪相关误差参数的可观测性,得到了三维测速仪的相关误差参数全部可观测的条件:为组合系统加载不同方向速度。通过仿真实验验证了二次滤波标定法的适用性。4、激光多普勒测速仪组合导航实验。针对五种类型测速仪进行了一系列测速仪与惯导系统车载组合导航实验;结合实验进一步验证分析了单光束一维测速仪、Janus配置一维测速仪和二维测速仪的优缺点;通过三维测速仪组合系统相对车辆的旋转,实现了为系统加载不同方向速度的目的,使得三维测速仪全部相关标定参数收敛。给出的八组二维测速仪、三光束三维测速仪和四光束三维测速仪车载组合导航实验,水平定位精度在D0.063‰～D0.113‰之间,高度定位精度在D0.006‰～D0.025‰之间(D为行程),并通过交叉导航验证了标定参数的通用性。结合测速仪组合导航实际应用情况,给出了四光束三维测速仪的冗余组合导航方案,以提高组合系统的可靠性,保证在测速仪某一个探头或几个探头无法正常测速时,组合导航系统能够正常工作,并验证了该方案的正确性。