在气候恶劣的高海况下实施水面起吊回收,需要在起吊回收前增加一个母船引导UUV航行的过程,或者说是UUV跟踪母船航行的过程。通过母船的导引,将UUV引导到一个避风的海域(例如港口或者海岛背风面)后再实施水面起吊回收。这个过程不可避免会涉及两个技术难题:UUV跟踪母船进行安全避障的航迹规划以及控制跟踪规划好的航迹航行,本文就是紧紧围绕这两个问题进行分析研究的。针对UUV跟踪母船进行安全避障的航迹规划,本文首先描述UUV航迹规划的基本要求,通过理论验证基于最短空间航迹长度为性能指标的有效性,然后建立含有可变参数的多项式航迹规划曲线函数,在给出初始和期望状态的边界条件、无碰撞条件以及探测范围条件下,根据UUV运动学约束以及测量通信设备工作距离的有限性,求解出航迹多项式方程组中各阶的系数,由于航迹规划曲线函数中可变参数的存在,求解得到的航迹会形成一簇航迹,通过设定最短空间航迹长度的性能指标,从航迹簇中选取一条UUV跟踪母船的最优航迹,并针对适用条件有限的问题进行了改进,改进后的方法具有很强的适用性。最后对航迹规划期望状态信息进行了冗余设计,以保证UUV无法接收到母船发送的期望状态信息时航迹规划能够正常进行。设计性能优异的航迹跟踪控制器是保证UUV顺利完成对母船跟踪到达目标回收区域的重要技术前提。针对传统的反步法递推过程中需要逐步计算中间虚拟控制量导数从而导致计算过程繁琐的问题,本文使用一种新的反步法设计方法。改进的反步法首先通过等价列写Lyapunov函数导数,定义新的误差变量,设计仅包含跟踪误差的线性反馈镇定函数,简化了虚拟控制函数形式;之后通过选择合适的增益参数消除了迭代过程中Lyapunov函数导数的部分非线性项,简化了算法的迭代过程,同时保证Lyapunov函数导数的负定性;最后利用Lyapunov稳定定理证明利用改进反步法设计的控制器是稳定的,即UUV的跟踪航迹误差收敛。文章最后,利用南海某真实海域的地理信息综合验证UUV跟踪母船航迹规划及控制的仿真实验,是对第三章以及第四章实验的综合与拓展,从一个期望状态的情况拓展到了在真实海域地理条件下,随时间推移UUV不断输入新的期望状态的航迹规划与跟踪控制,更好展现了 UUV跟踪母船这一运动过程。综合仿真实验的结果充分证明了本文提出的UUV跟踪母船航迹规划方法与航迹跟踪控制方法这两个核心算法在真实海域地理条件远距离航行情况下的有效性和实用性。