近几年来,随着水声通信技术的发展,水下定位技术取得了可喜的研究成果。在南水北调工程中,用来输水的渡槽作为一种体积较大而独特的混凝土薄壁结构,会因各种因素的影响产生裂缝,使得渡槽在输水过程中出现渗漏现象,严重影响渡槽的正常使用功能和经济效益。为了对水下渡槽可能出现的裂缝进行坐标检测,本文以水声通信技术为基础,设计了一套基于GPS浮标的水下AUV短基线定位系统,并在水池中完成了系统搭建与测试。具体工作内容如下:(1)定位系统方案设计。设计了一种由4个具有GPS功能的水面浮标组成的定位基阵。水面浮标与四个水听器相连接,通过GPS全球卫星导航完成自身位置的定位。水听器用于接收安装在AUV上的换能器发射的水声信号,并对水下AUV进行定位估计。最终由系统的数据中心将解算出的位置转换到大地坐标系中,完成裂缝检测。(2)时延估计算法研究。水下环境中的信号衰减、多径效应以及噪声等影响会干扰信号的正常传输,使信号的时延估计产生误差。本文分析比较了几种加权时延估计算法的优劣,最终选择PATH加权的广义互相关时延估计作为系统的测时算法。(3)水声定位算法研究。针对浅水环境中声波在传播时速度变化不大的特性,提出了一种泰勒级数展开的总体最小二乘水下定位算法。首先,在最小二乘算法的基础上,构造定位方程中误差向量的增广矩阵,并对其进行奇异值分解得到水下AUV的坐标,目的是降低基阵扰动对定位结果造成的误差。其次利用泰勒级数展开算法对结果进行迭代优化。最后对算法的性能进行了实验仿真。结果表明,与最小二乘算法比较,本文提出的算法受环境的影响较小,稳定性强,实时性较好。且精度较最小二乘算法有明显提高。(4)水池及湖试实验。搭建了水池实验平台并进行了测时分析、信号传输衰减分析、定位精度分析以及基阵布放结构分析等实验仿真。提出了一种定位野值剔除的方法,降低了时延估计不准对定位造成的影响。最后进行了湖试实验,验证了系统在工程中的可行性。