陀螺仪是国防建设、惯性导航、测绘工程等领域重要的技术装备,其发展对一个国家的国防、工业和国民经济建设等具有重要的战略意义。长安大学测绘与空间信息研究所与中国航天科技集团第16研究所经过多年的联合研究,研制了国内首台GAT高精度的磁悬浮陀螺全站仪。本文在基于智能全站仪技术研究构建测站自动化陀螺全站仪系统的关键技术问题;另外,针对磁悬浮陀螺仪具有大量观测数据的特点,开展磁悬浮陀螺仪观测数据分析研究。论文的主要研究内容包括以下两个方面:1)测站自动化磁悬浮陀螺全站仪系统的一体化与自动化;2)高精度磁悬浮陀螺仪观测数据分析、滤波及数据处理。其中,第一个问题的研究包括两个方面:一是陀螺全站仪系统硬件一体化,二是系统软件一体化与测站自动化控制系统实现。硬件系统一体化研究将磁悬浮陀螺仪与全站仪进行系统整合构成磁悬浮陀螺全站仪的关键技术,主要包括物理接口技术、仪器常数定义与计算、坐标方位角计算方法等;系统软件主要研究通讯与接口技术、满足工程需要的测量模式、数据采集、分析、计算与测量过程自动控制等。软件系统一体化是实现GAT陀螺全站仪测站自动化的关键技术。磁悬浮陀螺全站仪观测数据分析、滤波与处理研究主要基于不同观测条件的观测数据,研究陀螺仪动态系统的基本运动特征;研究由于环境因素变化对测量系统稳定性与测量精度造成的影响及其数据处理方法问题。磁悬浮陀螺仪观测数据分析与处理问题研究主要包括以下内容:1)通过对不同观测环境条件下的观测数据的时间序列分析,比较时间序列数据的不同特征,研究陀螺仪转子与定子动态系统的基本运动特征及其环境因素影响规律;2)研究适应于陀螺仪定子与转子动态运动特征的观测数据序列的滤波问题,建立合理的观测数据滤波模型,进行定子电流与转子电流数据滤波,对滤波问题中的粗差观测值处理问题进行研究;3)分析转子电流数据的跳变、漂移现象以及系统性分布特征,研究陀螺仪转子动态系统的运动特征及其合理的数据处理技术;4)针对陀螺仪转子与定子系统的不同运动特征,研究方位角计算精度影响与算法优化问题,提高在现有物理系统条件下的方位角计算稳定性与可靠性。以上两个问题的研究在本质上是密切相关的,对陀螺仪数据分析与处理问题的研究是提高自动化测量系统测量精度与稳定性的前提与条件。通过理论研究以及大量的实验数据计算分析,本文取得的主要成果与创新点如下:1)实现了测站自动化磁悬浮陀螺全站仪的硬件系统的一体化技术;对磁悬浮陀螺全站仪的数据计算、数据检核、测量精度等问题进行了分析与研究,得出正确结论;2)实现了磁悬浮陀螺全站仪测站自动化的关键技术;说明了磁悬浮陀螺全站仪自动化测量的控制过程,建立了控制软件系统的基本结构;3)基于现代时间序列分析技术对磁悬浮陀螺仪定子电流与转子电流数据进行了深入的分析研究;说明了定子电流与转子电流数据之间的相互独立性以及定子电流数据显著的白噪声影响特征及其高度的稳定性;指出转子电流数据的周期性、时变性、复杂的非线性系统运动特征、全局的有色噪声以及局部的白噪声影响特征;4)系统地研究了陀螺仪定子电流与转子电流数据的自适应滤波问题;说明了在转子数据序列中存在的数据跳变、数据漂移等典型现象;建立了自适应的转子电流数据跳变与粗差探测方法;提出并建立了转子电流数据的加权抗差递推均值滤波算法模型(JKDJF),通过实例分析证明了其优良的滤波效果及适应性;5)对陀螺仪数据处理问题进行较为系统的研究;指出使用阶段平均值作为定子电流计算数据的合理性;证明了大样本均值计算方法具有的显著白噪声处理效果;通过试验数据分析了转子电流漂移数据的影响问题,说明了其对计算结果的显著性影响;6.指出陀螺仪数据处理与分析应当以转子电流数据的中低频噪声、数据跳变、数据漂移及其非线性运动特征为中心展开研究;说明了数据滤波技术在削减陀螺仪观测时间以及实时数据处理过程中的应用价值。