如今,无人水下航行器(UUV)被广泛应用于许多应用领域:比如用于勘探和监视考古遗址等科学任务,或完成大深度下的商业探索任务,比如利用它们勘探地形,以便发现附近的石油和天然气,以及在军事领域开展侦察和巡逻任务甚至进行搜救任务。对于执行任务的UUV而言,路径跟踪是其典型任务之一,而研究面多UUV路径跟踪的体系结构、定位方法和控制方法也是UUV领域的重要课题。本文主要研究水面母船支持下的多UUV定位与路径跟踪控制方法,即水面母船携带声学定位系统对UUV进行定位,并通过水声通信将信息发送给UUV,在此固定通讯拓扑上进行多UUV协调编队路径跟踪的研究。首先,介绍了常用的几种水声定位方式,并选择母船能够携带的超短基线定位系统,在此基础上建立多UUV的通讯结构,即采用UUV轮询且母船广播状态信息的通讯结构。之后,研究UUV的运动学与动力学模型,设计三维路径跟踪控制器并证明其稳定性,通过仿真验证模型的正确性与控制器的稳定性。其次,设计基于扩展卡尔曼滤波器的滤波算法,并对USBL定位的时间间隔进行补偿,推导了基于USBL信息以及UUV模型的状态方程和观测方程,有效解决了定位信息随时间发散的问题,并设计UUV路径信息进行仿真验证,仿真结果表明,该方法可以有效减小定位误差的影响。再次,介绍图论相关内容,依照水面母船支持下的通讯结构设计编队协调控制器,并证明其稳定性,仿真结果表明,在母船连续且无延迟广播状态信息的情况下,多UUV能够稳定实现协调路径跟踪。最后,在考虑延迟和通讯间隔的基础上设计状态预测器,对选定编队航行的领航者定位信息进行预测,实现水面母船支持下的UUV编队航行控制,仿真结果表明,在水面母船支持下可以实现空间三维路径的绝对位置的路径跟踪,且跟踪误差有界,使多UUV实现编队的效果。