水下装备的应用和发展离不开精确的导航系统,多普勒计程仪／惯性组合导航是目前在未知水域最常用的组合导航方式。深入研究水下装备的导航技术,提高导航系统的机动性、隐蔽性和抗磁场干扰能力,有助于水下装备在海底勘探、搜救等方面的应用。初始对准和安装角误差校准是进行组合导航的两个前置步骤。为提高水下装备的机动性,论文的前两部分主要针对水下装备的快速初始对准和快速坐标系校准问题进行了研究。为提高水下装备的隐蔽性,论文接下来针对外部辅助传感器信息稀疏(长时间间断)情况下,导航精度的提升问题进行了研究。为提高水下装备的抗磁场干扰能力,论文最后针对无外部辅助传感器情况下,采用旋转调制技术提高姿态精度的方法进行了研究。论文的主要研究内容如下：1)提出了一种基于多普勒计程仪的水下快速动基座初始对准算法。算法采用基于最优化的方法对初始姿态进行估计,实现了水下快速姿态粗对准。通过载体姿态和地球姿态分别更新的方式对对准过程中的位置进行估计,实现了无需回溯的位置对准。在中等精度的组合导航系统上进行试验,结果表明初始对准可在5分钟内完成,航向精度优于1°,位置精度优于航程的1.5%。2)提出了一种多普勒计程仪安装角误差的快速在线校准算法。该算法不依赖于惯性导航系统的姿态更新,从而使得校准过程能够伴随着初始对准过程同时进行。当且仅当初始对准完成时,将对准结果代入校准算法便能得到校准结果。试验结果表明,校准算法时间与传统算法对比缩短了50%,提高了水下装备的机动性。3)研究了在外部传感器测量信息稀疏情况下的组合导航算法。根据贝叶斯滤波理论改进了组合导航算法中常用的无迹卡尔曼滤波器,使用了“多次预测,一次修正”的方式,提高了无迹卡尔曼滤波器对惯性导航误差模型预测的精度,从而提高了组合导航的精度。试验结果表明,新算法使用的多普勒计程仪数据量只有原来的1/30,但总体导航精度仍优于航程的1.2%,提高了隐蔽性。4)针对水下装备被拖曳体体积小、电磁环境复杂的特点,研究了基于MEMS惯性传感器的具备抗磁场干扰能力的姿态传感方法。根据姿态误差方程的特点,提出了一种双轴16位置的惯性测量单元连续旋转方案用于惯性传感器漂移误差的补偿,并设计了一套基于MEMS惯性传感器的姿态测量装置。对旋转引入的误差补偿结果进行理论分析,对旋转体的安装误差采用奇异值分解的方式进行了修正。试验表明,该姿态测量装置在强磁场干扰环境下的姿态测量精度达到3°