近年来,世界海洋争端不断,为维护国家海洋主权及切身利益,无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)作为一种水下作业设备搭载平台,在民用及军用领域发挥了举足轻重的作用。现广泛使用的惯性导航方法由于受到累积误差的影响,为实现UUV的精确位置估计,需对其进行位置校准,本文重点对UUV利用单信标(Underwater Transponder)导航进行研究,主要内容如下:首先,本文对传统单信标导航原理进行介绍,针对单信标导航中所利用信息种类的不同,分别对基于到达信号方位信息(Direction of Arrival,DOA)、时延信息(Time of Arrival,TOA)以及时延差信息(Time Difference of Arrival,TDOA)的单信标导航模型原理进行介绍,利用偏微分矩阵法结合HDOP因子,对导航误差分布进行分析。其次,对基于多普勒信息的单信标导航方法,本文根据传统无线电领域中的频差(Frequency Difference Of Arrival,FDOA)导航技术原理,分析其在水下环境的使用局限性。对此,本文提出了一种针对水下环境的改进FDOA导航方法。在UUV深度已知的条件下,该方法通过对到达信号进行包络对齐、共轭相乘以及线性拟合,得到相角变化率信息,从而对UUV自身位置进行求解。由仿真结果可知,与基于时延差及方位信息的单信标导航方法相比,该导航方法有效提高了UUV的位置解算精度。为进一步分析该模型的可观测性,利用Lie导数对该模型进行了可观测性分析,得到了UUV利用所提模型在空间中的可观测区域。为了通过多次测量以提高自身导航精度,本文建立了基于改进FDOA法的导航跟踪模型,结合无迹卡尔曼滤波和无迹粒子滤波两种算法,并对二者进行对比,仿真分析了UUV在典型航路下的导航校准结果,结果显示两种方法均可有效且迅速地对UUV位置进行校准,环形航路导航结果优于直线航路。最后,针对UUV利用改进FDOA方法的单信标导航模型实现大范围导航校准的问题,本文对UUV与信标间保持不同高程差情况、同一深度不同矢径AB及不同弦心距情况进行分析,为保证UUV最终正确驶入围绕信标的环形校准路径,本文设计了引导UUV驶入环形校准航路的接近航路。设计了大范围UUV导航校准流程,进行了仿真实验,在750km的距离上,通过布放三个信标,利用改进FDOA导航方法实现了UUV的惯导误差校准。