随着自动化技术、传感器技术和动力与能源技术的发展,具有感知和行为能力的自主水下航行器(AUV)在海洋军事和民用领域得到了日益广泛的关注。良好的定位能力是AUV顺利完成任务的关键,然而由于海洋环境的复杂性、特殊性等因素的制约,目前还没有一种水下定位方式能够与空中的GPS系统相媲美。水声定位依然是AUV高精度定位的主要方法。移动长基线定位作为一种长时间大范围高精度的水声定位技术,具有重要的研究价值。鉴于此,本文开展了基于多无人水面航行器(USV)的移动长基线定位技术研究,分别就移动长基线定位算法、定位系统的最优布局、系统参数对定位精度的影响、声速未知移动长基线定位、AUV速度和位置的同步估计等问题展开了深入研究。本文的主要研究内容和创新点如下:(1)针对距离量测数据利用不充分问题,设计了基于滚动时域估计(MHE)的移动长基线定位算法。首先,结合AUV的运动学模型和距离量测信息,建立了基于多USV的移动长基线定位模型;然后,根据最优估计理论,对最小二乘(LS)和卡尔曼滤波(KF)算法进行深入分析。并在充分利用距离量测信息的基础上,提出了基于MHE的移动长基线定位算法。最后,通过仿真实例对这三种定位算法的定位性能进行了比较分析。(2)针对定位精度评价函数过于理想化问题,重新设计了定位精度评价函数,并提出了移动长基线定位系统的最优布局。首先,建立了与距离值相关的量测误差模型,并在充分考虑USV位置量测误差和距离量测误差的基础上,设计了一种定位精度评价函数。然后,通过最小化该评价函数分析了移动长基线定位系统的最优布局:USV的最优队形、AUV和USV间的最优距离。最后,仿真分析验证了最优布局设计的合理性。(3)针对定位系统参数对定位精度的影响问题,分析了系统参数与定位精度间的关系。首先,根据定位精度评价函数得出了影响定位精度的因素。然后,在最优队形的基础上,分析了 USV的数目、AUV的深度以及距离量测误差参数等系统参数变化时,定位精度评价函数的变化,分析了这些系统参数和定位精度间的关系。最后,仿真分析验证了理论分析的正确性。(4)针对声速不确定情况,设计了声速未知移动长基线定位模型,并提出了一种声速未知无迹卡尔曼滤波(UKF)改进算法。首先,根据距离量测模型,设计了声速未知移动长基线定位模型。然后,通过建立声速剖面模型,得出了简化后的声速未知移动长基线定位模型,并基于该模型分析了定位系统的可观测性。最后,为了提高系统的可观测性,提出了一种基于UKF的声速未知移动长基线定位算法。仿真结果表明,所提模型和算法可有效提高定位系统的精度和可观测性。(5)针对AUV速度难以获得的情况,设计了了一种线性/非线性混合系统,并提出了一种三步输入和状态同步估计(SISE)方法。首先,根据移动长基线定位模型,设计了了一种线性/非线性混合系统。然后,对该系统输入和状态进行分解,提出一种AUV速度和位置的同步估计方法。最后,仿真分析验证了该速度和位置的同步估计方法的有效性。