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随着现代科学技术的发展,深海无人潜航器作为水下资源勘探、目标搜索与识别的重要工具,在军用、民用领域都发挥着重要的作用。为了实现一种具有“巡航”、“滑翔”双功能模式的深海无人潜航器导航系统,本文结合水下无人潜航器的工作特点以及复杂、多变的深海环境,设计了可应用于深海环境的高低精度、高低功耗切换的混合式惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)导航系统。混合式IMU导航系统集成了低功耗微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)IMU和高精度光纤IMU以及地磁导航模块和卫星导航模块,通过数据融合算法完成载体姿态、速度、位置信息的解算。当水下潜器处于巡航工作模式时,高精度光纤IMU与卫星导航模块作为导航器件,为载体提供高精度的导航信息;当水下潜器处于长航时滑翔模式时,低功耗MEMS IMU与地磁导航模块作为导航器件,此时导航参数精度略低,保证系统的低功耗性能。本文将工程设计和算法优化结合,以提高深海导航精度以及降低系统运行功耗为目的。论文的主要工作如下:(1)建立载体坐标系到导航坐标系的惯性导航参数解算模型,介绍惯性导航原理并分析其误差传播方程。利用卡尔曼滤波(Kalman Filter,KF)算法估计惯性导航系统最优误差,实时修正惯导输出参数,保证水下潜器巡航模式下的高精度导航定位。利用互补滤波算法融合低功耗MEMS IMU与地磁导航模块数据,在保证导航参数正确的情况下,尽可能降低潜航器处于滑翔模式时系统功耗。此外,为了平衡水下潜航器巡航工作模式时导航精度与系统功耗的关系,提出了自适应模态切换混合IMU组合导航方法,该方法通过感知系统运动状态,自动切换高低精度IMU的工作状态,使系统在巡航模式下达到导航精度与功率的平衡。(2)分析和建立MEMS惯性传感器和磁力计的误差模型,通过静置和速率转台实验的方式对传感器的误差进行标定工作,得到了传感器误差源参数。(3)围绕水下潜器导航任务需求,设计基于TMS320C6748的DSP水下组合导航定位系统。为优化系统设计,利用“生产者-消费者”多线程并发软件模型和EDMA3技术数据存储效率提高42%;为提高硬件平台PCB稳定性,设计充分考虑了信号的完整性。(4)通过推车和AHRS对比实验测试了导航系统处于滑翔和巡航模式下的组合导航定位精度以及滑翔模式下的功率消耗问题。滑翔模式下功率消耗在0.42W以内,满足导航系统滑翔功耗0.5W的设计要求,姿态精度优于0.7°。巡航模式下,并且卫星信号受到干扰时,姿态精度优于1°,速度精度优于0.2m/s,位置精度优于3m。最后给出了系统设计的总结和展望。