水下机动目标跟踪控制是自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)实现近海防卫、对接回收、目标跟踪监控、目标动态打击等作业任务的关键技术,应用前景十分广泛。本文针对欠驱动AUV机动目标跟踪控制问题开展AUV数学模型、水下机动目标运动模型、水下机动目标状态估计、欠驱动AUV水下机动目标跟踪控制导引方法和跟踪控制方法等关键问题的研究。首先,建立欠驱动AUV三维水下机动目标跟踪控制系统中的相关对象模型,包括欠驱动AUV模型、水下机动目标运动模型。在惯性坐标系和随体坐标系中,分析艇体运动学规律并进行受力分析,建立欠驱动AUV空间运动学模型和动力学模型。考虑空间水下目标可能存在的机动运动状态,建立适用于水下目标的运动模型,包括匀速直线运动(Constant velocity)模型、匀加速直线运动(Constant acceleration)模型、辛格(Singer)模型、常速率转弯(Constant speed coordinate turn)模型,并给出运动学方程。其次,研究基于交互式多模型和扩展卡尔曼滤波的水下空间机动目标的状态估计方法。在给出水下机动目标跟踪的原理和基本组成、目标状态估计的基本原理以及标准卡尔曼滤波(Kalman filter)概念和原理的基础上,设计基于扩展卡尔曼滤波、交互式多模型扩展卡尔曼滤波以及改进的自适应交互式多模型扩展卡尔曼滤波算法的水下空间机动目标状态估计方法,设计水下机动目标运动状态滤波估计仿真实验,从而验证所提出的目标状态滤波估计方法的跟踪性能。再次,研究欠驱动AUV水下机动目标跟踪控制导引方法。介绍视线法、纯追踪法和常值方位角法等目标跟踪导引方法。基于视线法、欠驱动AUV的运动学方程以及李雅普诺夫稳定性原理,设计目标跟踪控制期望速度和角速度。最后,研究欠驱动AUV机动目标跟踪控制问题,设计跟踪控制律。分别基于动态面神经网络自适应控制和神经网络自适应非奇异终端滑模控制设计欠驱动AUV机动目标跟踪控制律,利用李雅普诺夫稳定性原理设计控制律和自适应律,并对控制器的稳定性进行分析。基于Matlab/Simulink设计跟踪控制仿真实验,验证本文所提出的欠驱动AUV水下机动目标跟踪控制器的可行性和有效性。