为保卫我国广袤领海海域完整、探测开发深海资源,大型舰船和水下潜器是重要基础,特别是对于潜艇必须保证其隐蔽性、自主性和安全性,因此导航系统提供长航时、高精度的自主导航定位信息能力是关键因素。惯导系统利用陀螺和加速度计测量载体角运动和线运动参数并通过航位推算获得导航信息,是唯一适用于潜艇水下使用环境的自主导航系统,但是其误差随时间累积发散,亟待提高自身误差抑制能力。惯导系统精度受制于惯性器件的精度,当精度达到一定水平后,因成本、制作工艺等制约,很难在短期内得到进一步改善。在现有器件精度水平的基础上,采用旋转调制系统级误差抑制技术,是一种低成本、高效的抑制长航时惯导系统误差发散的方法。本文在国家自然科学基金仪器专项、优秀青年基金项目支持下,为实现长航时、高精度导航,围绕双轴旋转调制惯导系统误差抑制机理、旋转方案优化设计、系统误差自标定以及旋转控制等问题进行深入研究,提出基于双轴旋转调制式光纤陀螺捷联惯导系统长航时误差抑制解决方法,提高了长航时导航精度。本文的主要内容和创新点如下:研究了双轴旋转调制式惯导系统(简称双轴旋转惯导系统)误差抑制特性,建立了双轴旋转惯导系统误差传播方程,以及双轴旋转环架轴系非正交角模型和旋转角误差模型。分析了惯性器件的常值漂移和零偏、刻度系数误差、安装误差、轴系非正交角和旋转角误差对长航时导航精度的影响,明确了各误差源对系统导航误差的作用效果,为后续误差抑制方法研究奠定了基础。研究了双轴旋转惯导系统旋转调制策略及实现方案,提出了双轴往复交替转停式旋转模式,确定了最优旋转速度范围,验证了该模式下可以最大限度抑制系统误差累积。提出了一种“先解算后解调”的解算数据处理方法,该方法可避免旋转角误差对姿态解算影响,提高了姿态解算精度。提出了一种三十二位置旋转方案,通过单次旋转90°以增加旋转次序和停转时间比,减小二次谐波误差影响,提高了长航时导航精度。提出了一种基于旋转姿态变化补偿隔离载体航向运动的方法,解决了惯性测量单元(IMU)旋转角位置因航向运动难以实现预定旋转方案问题,对工程实践具有指导意义。研究了双轴旋转惯导系统误差自标定方法,利用旋转环架转动与可观测性之间的关系,设计了基于双轴连续旋转的误差自标定方法。针对双轴旋转环架存在非正交性问题,分析轴系非正交角对导航误差的作用,提出了基于轴系非正交角与IMU姿态耦合关系的一种简单、快速二位置旋转自标定方法,避免了传统标定方法设计复杂、估计时间长等问题。针对调制和补偿后的剩余误差引起系统周期性振荡问题,设计了双轴旋转惯导系统的全阻尼网络,有效抑制了剩余误差引起的周期性振荡对长航时导航精度的影响。提出了基于内模控制的旋转控制算法,以解决旋转环架的转速波动误差对旋转调制效果的影响,保证旋转调制方案的有效实现。设计了全状态反馈调节器,推导了稳定性条件,实现了系统对旋转指令的稳定跟踪,消除外部扰动影响,稳态误差较小,仿真结果验证了所提算法的有效性。利用双轴旋转调制式光纤陀螺捷联惯导系统开放式平台,对本文提出的旋转控制策略、误差自标定方法、阻尼等技术的可行性和实用性进行验证。实验结果表明,双轴旋转惯导系统采用常值漂移为0.003°/h的光纤陀螺,在38h内工作定位精度优于0.24nmile,满足长航时、高精度导航需求,验证了所提方法的有效性。