近空间高超声速飞行器以其高速、高机动的飞行特性及全球精确打击的任务需求对导航系统的自主性、可靠性和精度提出了较高需求。现有导航技术中惯性导航技术以其完全自主和不受外界环境影响的优点必将成为近空间高超声速飞行器的核心导航系统。在“黑障”和高速机动等综合影响下卫星导航或者天文导航难以利用，提升惯性导航系统的精度显得尤为重要。为此，本文结合近空间高超声速飞行器的运动特性，对惯性导航系统的误差建模及修正关键技术开展研究，以期提出适用于近空间高超声速飞行器特殊运动特性的高精度惯性导航系统方案和算法，为近空间高超声速飞行器的高精度自主导航系统的实现提供理论基础。本文针对近空间高超声速飞行环境复杂、高动态和高超声速的特点，深入研究了一种飞行器高动态飞行过程中对惯性传感器（IMU）的确定性误差的动态参数辨识方法。建立了动态飞行过程中安装误差和标度因数误差动态标定模型，基于可观测性分析理论，对不同机动方式下安装误差和标度因数误差的可观测性进行分析，设计了动态标定航迹；基于卡尔曼滤波器实现了对安装误差及标度因数误差的动态参数辨识，利用辨识结果对惯性导航系统中传感器误差进行补偿校正后的导航系统精度明显提高。考虑到近空间飞行高振动影响，飞行器质心与IMU质心之间有可能偏离，当飞行器存在角运动时即产生杆臂效应误差。本文设计了一种在近空间飞行器高动态飞行过程中对加速度计杆臂效应误差的在线动态标定和修正方法。通过建立杆臂效应误差模型，将杆臂长度扩展为卡尔曼滤波器状态量，设计了机动飞行方式实现了对杆臂长度的动态标定；利用标定结果对加速度计输出进行杆臂效应误差补偿，有效提高了近空间高超声速飞行器导航系统精度。结合近空间飞行器速度极高的特点对导航系统的信息更新速率有较高要求的需求，本文针对捷联惯导系统的高阶姿态积分算法开展研究。分析研究了高阶积分算法对导航系统精度的影响，为探索适用于近空间高超声速飞行器惯性导航系统的姿态算法提供了一定的参考。在研究近空间飞行器惯性导航系统传感器误差修正方案和算法的理论基础上，本文结合实际的导航设备，还设计实现了基于simulink的惯性导航系统误差建模及修正仿真平台，为近空间高超声速飞行器惯性导航技术提供了良好的验证手段。