随着人们依靠水下航行器探索海洋的步伐逐渐深入,如何实现水下航行器高精度导航成为了学者们研究的热点。SINS可以为航行器自主的提供完备导航信息,然而其误差随时间积分累积的缺点,使其无法满足长航时工作的需求;USBL是简化的小型声学定位装置,可安装在水下航行器上,并为其提供位置信息,但工作范围受限。利用组合导航的方法,通过USBL修正累积误差,可以提高导航精度。本文将USBL与SINS进行组合,研究了提高组合导航精度和稳定性的方法。针对SINS/USBL组合实现方法,设计了基于扩展卡尔曼滤波的松组合和紧组合,其中松组合融合USBL的位置输出,紧组合融合USBL的时延、时延差测量,通过间接滤波修正SINS输出。仿真结果表明两种组合方式能有效抑制SINS导航的累积误差;滤波尚未稳定时,紧组合天向位置和天向速度误差收敛较慢,松组合在大基阵开角下的导航精度低;滤波稳定后,松组合在基阵开角接近90°时的导航误差仍有起伏,而紧组合导航误差变化稳定;紧组合整体精度比松组合高15%以上。针对组合导航滤波观测噪声的时变问题,研究了基于序贯滤波的Sage-Husa自适应滤波算法,该算法以一个加权因子决定当前噪声对过去噪声的依赖程度,结合新息对观测噪声的协方差矩阵进行估计,仿真结果表明,Sage-Husa算法用于松组合后,导航误差收敛速度快,整体导航精度提高,而用于紧组合前后的导航误差变化小。针对松组合导航误差受USBL开角影响较大的问题,提出了以基阵开角余弦为权值因子来控制开角大于80°时的滤波增益的方法,仿真结果表明,该方法的天向速度和天向位置精度分别比Sage-Husa算法高19%和45%。针对USBL的测量特点,本文提出了将USBL测量的径向速度引入到松、紧组合中,仿真结果表明,引入径向速度能够提高松、紧组合水平方向的导航精度,天向导航精度改善效果差。针对该问题,提出了组合方式切换方法,该方法在开角大于80°和USBL定位无效时,采用基阵坐标系下的水平位置和径向速度进行数据融合,其它情况下采用引入径向速度的松组合。仿真结果表明,该方法的天向位置和天向速度精度比直接引入径向速度的松组合分别提高65%和58%,比直接引入径向速度的紧组合分别提高66%和25%。