自主水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）是集成了导航、控制、通信、传感、材料、流体力学等先进性技术于一体的水下探测设备,能够代替人类完成水下探测任务,是未来海洋装备发展的重要方向,在社会生活中有广泛的用途。微小型AUV具备小体积、轻质量、便于携带、机动性强、价格相对低廉等优点,在水下探测方面得到广泛应用。衡量一款AUV实用性和成熟度的关键要素之一就是具有高性能的导航系统,无论是民用还是军用都需要AUV有高精度的导航系统。针对微小型AUV体积小、质量轻、易受外界干扰,同时自身导航传感器精度低,鲁棒性差的缺点,本文以实验室研发的微小型AUV“云帆”为平台,设计了以捷联惯性导航系统为核心,以多普勒计程仪、磁罗盘、深度计为辅的微小型AUV组合导航系统。本文主要研究内容为:（1）各个导航传感器的误差分析与数学模型建立。为建立组合导航算法做铺垫,对捷联惯性导航系统、声学多普勒计程仪、磁罗盘及深度计进行简单原理介绍及误差分析,建立各个导航传感器误差模型,并分析了外界干扰对传感器的影响。（2）组合导航系统滤波器设计。微小型AUV“云帆”为模块化设计,要求导航系统有可扩展性,同时考虑到导航传感器精度低的情况,因此导航系统算法整体结构选用扩展性强和容错性好的联邦滤波器进行数据处理。本文在分析了四种联邦滤波器优缺点的基础上,建立了各个子滤波器数学模型,并对子滤波器采用的算法,包括扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter,EKF）、自适应扩展卡尔曼滤波（Adaptive Extended Kalman Filtering,AEKF）和无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter,UKF）三种算法,综合考虑采用了自适应扩展-联邦卡尔曼滤波结合的算法,并进行整体系统仿真,模拟了在理想状态和存在干扰的情况下,微小型AUV滤波算法的性能。（3）“云帆”AUV导航实验平台建立。为了验证仿真结果,本论文设计了“云帆”AUV导航系统的软件和硬件部分。“云帆”AUV整体采用了模块化架构,软件操作系统为μC/OS-II,本文设计了各个导航模块的驱动方式和硬件电路,完成了导航部分的下位机程序和上位机模块。（4）组合导航系统的实验验证。对导航传感器进行初始校准及数据处理,并进行湖上实验,验证了微小型AUV组合导航系统的性能。