随着对海洋探索范围的增大,对水下导航系统的精度、抗干扰能力等提出了越来越高的要求。捷联惯性导航系统由于其自主性高、实时性好等优点被广泛应用在水下导航领域,但惯性导航系统存在着误差随时间积累的缺点;加之在水下环境之中无线电信号衰减严重的特点,多采用惯导与多普勒和声学导航定位设备相组合的方式进行导航。本文以水下航行器的高精度导航定位为实际应用背景,提出一种SINS/DVL/USBL组合导航方案,完成了对组合导航系统实验平台的搭建,在对各个子系统的原理及误差分析的基础上设计了组合导航系统的信息融合方案,最后通过试验验证了本文中设计的组合导航系统能够满足水下航行器的实际应用需求。论文中主要内容如下:(1)总体设计:在明确系统组成与功能、提出系统总体设计指标的基础之上,对组合导航系统的主要器件进行了选型;利用相应的软件设计了系统的总体机械结构;在DSP+FPGA架构之上建立了信息处理与解算的硬件平台;完成了信息采集、解算、通信等功能在软件功能上的实现。(2)原理及误差分析:在明确导航常用坐标系的前提之下,对SINS、DVL、USBL的基本原理进行了分析;并在此基础之上,建立了相对应的误差模型;对SINS系统中的IMU进行了标定补偿和随机误差参数辨识。(3)滤波器设计:介绍了组合导航的优势和Kalman滤波的基本原理;推导建立了SINS/DVL/USBL组合系统的状态方程和观测方程;在联邦滤波的框架之下,采用无重启结构进行了组合导航系统的滤波器设计。(4)实验验证:设计进行了相应的静态实验及动态试验。实验结果表明:组合导航系统的导航精度满足设计指标,且系统运行稳定可靠,初始对准过程中组合导航系统的航向精度优于0.1 sec L(L为当地纬度),姿态精度优于0.02°。以GPS定位为基准,系统的水下定位精度优于航程的0.35%。