自主水下航行器（AUV）作为探测、开发和利用海洋的高效率水下工作平台,在军事上和民用上都得到了广泛的应用。在复杂海洋环境中,精确和可靠的导航定位作为AUV准确抵达作业点和安全返回的关键技术,是评判AUV发展成熟度和工程实用化的标准之一。本文以AUV惯性基初始对准及组合导航信息融合为主题,主要围绕AUV多源导航系统建模,动基座自对准,动基座传递对准,大失准角下快速对准,组合导航系统信息融合开展相关研究。论文主要内容如下:1.针对AUV组合导航系统在水下环境工作时系统模型建立和系统可观测性分析问题,研究了AUV多源导航传感器误差建模和导航系统可观测度分析方法。分析AUV各导航传感器的工作原理和误差来源,建立导航传感器的误差模型。研究组合导航系统的PWCS可观测性分析方法和SVD的可观测度分析方法。分析AUV在不同运动轨迹和机动方式下组合导航系统的可观测性和可观测度。2.针对AUV在不同初始条件下的自对准问题,研究了AUV动基座自对准方法。分析了解析式对准方法和双矢量对准方法的基本原理,并进行了仿真验证。为解决AUV纬度未知下的对准问题,提出利用三个不同时刻的重力矢量进行对准,推导了三矢量对准的基本原理。为避免重力矢量运算时出现共线向量,设计了一种自适应滤波器有效去除加速度计随机噪声。试验结果表明,该方法可完成纬度未知下的对准并估计出纬度值,对准精度可达惯性器件的对准极限精度。3.针对AUV动基座传递对准问题,提出了具有时间延迟补偿的AUV传递对准方法和复杂动态环境下的AUV传递对准方法。分析时间延迟对传递对准的影响,推导和分析了H∞滤波理论和鲁棒机制,提出一种具有时间延迟补偿的自适应H∞滤波方法,其鲁棒因子可根据外部环境自适应调整,有效提高传递对准精度和鲁棒性。为解决复杂动态环境下AUV传递对准问题,分析了滤波发散原因和优化策略,提出一种改进的自适应补偿H∞滤波方法,有效抑制复杂环境下滤波发散,该方法鲁棒因子可根据外部环境动态调整,并且加入收敛判据后可提高系统反应速度。试验结果表明,上述两种方法可分别提高具有时间延迟和复杂动态环境下的传递对准性能。4.为解决AUV在不确定外界干扰环境下的大失准角初始对准问题,研究了AUV非线性鲁棒初始对准技术。提出了一种自适应UT-H∞滤波方法,该方法结合UKF技术和H∞滤波以增强非线性系统的鲁棒性。为了克服时变和不确定外部干扰,该方法可根据环境变化动态调整鲁棒因子大小,从而平衡系统的滤波精度和鲁棒性。考虑到AUV垂直下潜等大机动运动状态,研究了克服姿态解算奇异性的双欧拉全姿态解算方法。详细推导了正、反欧拉角微分方程,建立了正、反欧拉角转换公式。试验结果表明,基于自适应UT-H∞滤波器的初始对准方法和双欧拉全姿态解算方法能够在具有不确定干扰的大失准角情形下有效提高初始对准精度和鲁棒性,并且克服了姿态解算的奇异性。5.为实现AUV在水下环境中高精度和高可靠性的导航,研究了AUV组合导航系统信息融合方法。设计了一种自适应联邦交互式多模型信息融合系统,该系统结合自适应联邦滤波和交互式多模型算法提高AUV在复杂水下环境中的导航性能。当子系统性能发生变化时,系统的信息分配系数可依据子系统情况自适应调整。同时该系统为每个子系统设计多个不同模型,当外界干扰改变时,描述每个子系统的模型可以实时切换。基于该融合系统结构,以SINS为主要导航系统并结合辅助导航传感器建立了AUV组合导航系统模型。组合导航半物理试验表明,设计的自适应联邦交互式多模型信息融合系统能够有效提高复杂干扰环境下组合导航的精度和可靠性。