本发明涉及一种基于多手段融合的水下自主导航系统误差监测与估计方法，其技术特点是：基于主惯导、参考惯导之间速度差值、以多普勒速度为基准的两套惯导速度观测误差，获取两套惯导纬度误差中地球周期振荡项相位；利用相位信息将两套惯导经度差值、纬度差值中地球周期振荡项分解，获取两套惯导各自经度、纬度误差中地球周期振荡项；主惯导补偿地球周期振荡误差后的经纬度用作物理场测量的位置基准，进行物理场特征匹配，以匹配位置为基准得到t_p时刻惯导经纬度误差；最终获得惯导精确的经度、纬度误差估计。本发明合理，可用于惯导误差源估计和补偿校正，将克服惯导误差随时间累积的问题，显著提升水下平台长航时自主导航定位精度。