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海洋是人类资源环境可持续发展的希望。随着海洋战略的推进,海底资源勘探、海底地质调查、海洋工程建设等都在紧锣密鼓地进行中。海洋活动需要高精度的水下位置信息,水下定位技术举足轻重。目前高精度的水下定位差分算法,通常是基于较多历元观测来获得理想的解算结果。但实际应用如海上石油勘探中,往往需要短时间内快速定位。针对较短历元下水下差分定位模型呈现严重病态性的问题,结合水下定位实际,提出了解决思路和方法。主要研究内容与结论如下:1.阐述了水下差分定位模型构建方法。在对水下声学定位误差分析的基础上,推导了以测量船为载体的水下单差和双差定位函数模型。2.研究了基于选权迭代的水声定位差分模型。结合水下定位实际,引入IGG3抗差方案,研究了一种基于选权迭代的水下差分定位方法。通过算例说明该模型能有效抵抗粗差污染影响,改善定位结果。3.构建了水声定位精密随机模型。考虑到声线弯曲误差等影响,提出了基于声线入射角的水下声学定位随机模型。顾及观测值之间时空相关性,基于最小二乘估计残差序列,通过移动窗口对当前历元观测值的方差协方差阵进行估计。通过算例说明本文提出的精密随机模型可提高传统等权随机模型的定位精度。4.采用岭估计方法改善水下差分定位模型病态性。针对较短历元下水下差分定位模型呈现病态的问题,引入岭估计方法进行求解。统筹解范数和残差范数之间的平衡,分析U曲线的特性,通过Matlab程序实现了用L曲线法和U曲线法确定岭参数。通过算例展示了岭估计在改善水下定位病态问题的有效性。5.提出了一种适合水下定位的正则化矩阵构造方法。针对快速定位中法矩阵的病态问题,分析快速定位中病态问题的产生机理和特点,结合水下定位结构,构建合适的正则化矩阵,对法方程施加部分约束,提高了解的稳定性和可靠性,获得了优于岭估计的定位结果。