目前水下作业任务一般采用载人运载器(HOV)和遥控水下运载器(ROV)完成。但HOV需要有复杂的生命保障系统,极大地提高了作业成本。而ROV在绕柱作业时,极易发生脐带缆缠绕事故；且在长距离沿缆作业时,需要母船跟随移动且具有一定的动力定位能力,也极大地提高了作业成本。因此水下运载器自主作业慢慢成为解决以上难题的研究热点。本课题针对自主作业中的导航技术进行研究,利用低成本的MEMS惯性测量单元、电子罗盘和模拟视觉传感器构成组合导航系统,采用异步失序修正型卡尔曼滤波,解决了多传感器的异步失序问题,成功研制出一个适用于自主作业时的高精度高频率的水下运载器组合导航系统。全文共分为六章：第一章,主要介绍了本课题的研究背景、水下运载器以及水下导航技术的研究现状。根据单一的水下导航技术的优缺点分析,提出本课题的研究意义与研究的主要内容。第二章,基于水下运载器自主作业的需求提出了组合导航系统方案,阐述了组合导航系统的工作原理和构成。并分别进行了捷联惯性导航系统的状态信息解算、融合中心设计以及传感器选型。第三章,针对水下运载器小范围高精度组合导航系统的融合问题,进行了融合模型的设计以及系统建模。并分别开展了基于实时信息和基于异步失序信息的融合算法研究,解决了多传感器的异步失序问题。第四章,针对水下视觉传感器开发周期长、成本高的问题,提出使用Passive Manipulator (PM)六自由度位置测量系统模拟水下视觉传感器。详细介绍了PM的设计过程以及位置信息解算过程。并通过试验,验证了所设计的PM系统,可以用于模拟常用的水下视觉传感器。第五章,进行了水下运载器小范围高精度组合导航系统实验研究,详细介绍了实验系统的搭建、电路部分设计以及控制程序设计。分别进行了静态姿态和位置组合导航实验以及动态位置组合导航实验,验证了本课题所设计的组合导航系统的综合性能的优越性。第六章,对研究课题的主要研究工作进行了总结,指出了课题的创新点。并针对课题的不足之处提出了进一步研究与提高的方向。