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随着科学技术的发展,导致对水下导航系统的精度、可靠性等方面的要求越来越高,现在单一的导航系统很难满足性能要求,出现了以多传感器信息融合为基础的组合导航技术。组合导航系统利用信息融合技术,取长补短,提高整个导航系统的性能。现在水下常用的导航系统为捷联惯导系统(SINS)、多普勒测速仪(DVL)和声学导航系统。捷联惯性导航系统在短时间内可以提供高精度的位置、姿态和速度信息,但导航精度随时间下降。多普勒测速仪和声学导航系统可以提供载体的速度和位置信息,但易受水下环境的影响。本文为了满足大深度水下航行器的导航要求,将SINS、DVL和USBL进行组合构成SINS/DVL/USBL组合导航系统,并提出抗差自适应非线性滤波算法,解决大深度水下环境变化引起的噪声突变、量测异常、状态扰动等因素造成的导航精度下降问题。本文的主要研究内容包括:1.首先对导航系统中常用的坐标系及其转换关系、地球相关参数进行介绍;然后根据SINS的工作原理,对其误差进行分析,推导并建立了SINS的非线性误差模型;最后根据DVL和USBL的工作原理,对两者的误差进行分析。2.研究组合导航系统最优设计方法,采用浅耦合法设计了SINS/DVL以及SINS/USBL两个导航子系统,并建立了其非线性数学模型;然后研究联邦滤波原理及四种结构的特点,采用无重启结构设计了SINS/DVL/USBL组合导航系统。3.针对大深度水下环境,系统因状态扰动、量测误差和噪声突变等因素造成导航精度下降问题,从抗差估计方法、等价权函数的类别和自适应因子选取方面研究了抗差估计理论,结合UKF算法的滤波特点提出抗差自适应UKF算法;为了进一步提高组合导航系统的精度,在研究粒子滤波的基础上并与抗差估计理论结合,提出抗差自适应UPF滤波算法。4.将提出的抗差自适应UKF算法和抗差自适应UPF算法应用于设计的SINS/DVL/USBL组合导航系统进行仿真实验。实验结果表明,设计的SINS/DVL/USBL组合导航系统具有较高的导航精度,在仿真时间370～400s和800～830s时,对模拟数据进行干扰处理,得到抗差自适应滤波可以解决异常量测和噪声突变问题带来的精度下降问题,提高组合导航系统的精度。