海洋是一个巨大的资源宝库,但是还没有得到充分的开发,随着陆地各种资源的逐渐枯竭,海洋资源变得日益重要,我国在十八大报告中就提出了建设海洋强国的目标。然而,现有国家空间基准和重力基准未能有效覆盖海洋,海洋大地测量基准和海洋导航技术已严重滞后于国家社会经济发展新形势和国防战略需要。根据人们对水下定位技术的迫切需要,本文在国家重点研发计划“海洋大地测量基准与海洋导航新技术”课题的支撑下,对水下定位技术中的一些关键技术问题展开了研究,总结如下:1.归纳总结了水下定位技术、声速改正模型以及水下定位模型算法的国内外研究现状,介绍了水下常用的几种定位系统,并分析了各种系统的优缺点以及它们的适用条件。详细阐述了水下声学定位中的各类误差源,以及误差的形成原理,为后面声学误差的削弱甚至消除奠定基础。2.水下导航中最重要的误差源是声速误差,定位中需要对声速进行改正,因此,研究了水下声学定位中的声速改正算法。首先,介绍了常用的几种声速改正方法,在此基础上进行算法改进。其次,采用一种自适应分层方法对声速剖面数据进行合理抽稀,以保留信息量多的声速层,接着提出了一种改进的声线跟踪算法,该方法利用声线沿弧线传播原理,积分计算声速传播时间,通过迭代方法求解目标位置。最后,通过仿真数据对算法进行验证,得到以下结论:与传统分层等梯度声线修正算法相比,自适应分层声线跟踪改进算法在保证定位精度条件下,定位效率得到显著提高。3.针对水下定位中系统误差的控制难题,把半参数模型估计方法应用到水下声学定位数据处理中。首先,阐述了半参数补偿最小二乘估计方法,其次,介绍了半参数模型中平滑因子和正规矩阵的选取方法。最后,通过仿真算例和实测数据验证了半参数模型在水下定位中的有效性。结果显示,在水下声学定位中,半参数模型相当于每一个历元上添加一个系统误差参数,通过补偿最小二乘和正则化算法,求解出系统误差,既解决了参数过多导致法方程病态的问题,也削弱了系统误差的影响,提高了水下声学定位的精度。4.水下声学定位中不可避免地存在粗差,传统最小二乘方法不具备抗差性,针对这一问题,把抗差估计应用到水下声学定位中。首先介绍了一些常见的权函数,通过模拟走航式算例分析得到:不同粗差大小的情况下,IGGIII具有良好的抗差效果。随后把IGGIII与浮标差分定位和半参数模型结合起来,得到基于IGGIII抗差估计的浮标差分定位方法和基于IGGIII抗差估计的半参数模型定位方法,模拟算例表明,基于IGGIII抗差估计的浮标式差分定位方法,在通过差分算法削弱系统误差影响的同时,也具有较好的抗差性,有效控制异常误差影响,显著提高了定位精度;基于IGGIII的半参数模型定位方法可以同时处理系统误差和粗差,与经典半参数补偿最小二乘估计方法相比,新方法具有更广泛的适应性。