自主水下机器人作为研究极区海洋环境、水文特征、地球气候,勘探极区海洋自然资源,极区海底作业的重要高技术工具之一,越来越受到世界各国的重视。随着极区的发展,自主水下机器人将会有更广阔的应用背景,而导航技术是极区自主水下机器人发展的关键技术之一。通过高精度的导航技术,自主水下机器人可以实现高精度作业。但是由于海洋环境复杂,对导航传感器产生未知的影响,单一的导航系统难以满足导航需求,从而影响自主水下机器人的自主性、可靠性,削弱了其抗干扰的能力。因此,组合导航系统是导航技术的首选,使自主水下机器人具有强大的抗干扰能力,高可靠性。适应性强的高精度非线性滤波算法是组合导航系统的关键。此外由于纬度高的特殊原因,极区组合导航系统也需要嵌入与低纬度组合导航系统不同的导航方法。本文围绕自主水下机器人极区导航问题展开了研究。首先根据课题研究背景及意义研究了国内外研究现状并提出与导航有关的问题,研究了现有的导航技术,研究了高纬度地区导航存在的问题,并从技术层面提出改进。然后设计了非近极点高纬度组合导航系统和近极点组合导航系统,详细介绍了适合高纬度组合导航系统的传感器,研究了航位推算算法,研究了无色卡尔曼滤波算法和平方根无色卡尔曼滤波算法。再次详细研究了传统长基线声学定位系统,其中包括单应答器测向原理、单应答器定位算法、双应答器定位算法、三个及三个以上应答器定位算法,并在此基础之上提出一些适合极点附近通过声学确定航向的算法,其中包括基于多水听器多应答器的航向确定算法、基于单水听器单应答器的航向确定算法、基于单水听器双应答器的航向确定算法、基于双水听器单应答器的航向确定算法。最后对提出的极点附近通过声学确定航向的算法进行实验验证,实验结果表明基于多水听器多应答器的航向确定算法能够满足航向精度1o,适合低航速情况,基于单水听器单应答器的航向确定算法能够满足快速逼近理想航向,适合高航速情况,基于单水听器双应答器的航向确定算法在UKF滤波的前提下能够使航向在理想航向左右摇摆更均匀,适合于低航速情况,基于双水听器单应答器的航向确定算法使自主水下机器人以螺旋线的航迹逼近应答器,适合高航速情况;并利用真实实验数据对航位推算算法和滤波算法进行了实验验证。