水下滑翔机技术的发展和应用，为海洋自适应观测与调查提供了便利条件。特别是滑翔机在续航能力、可控性上的优势，使其成为大范围、长时间海洋观测的首选。水下滑翔机在机翼升力的作用下进行滑翔运动，传统水下机器人以螺旋桨、舵等为驱动力以克服水动力而运动，故滑翔机相对于其他水下机器人，动力学模型具有一定的非线性、耦合性，因此滑翔机系统的控制和运动状态分析更为复杂。水下滑翔机海洋特征观测控制策略的研究，是涉及到海洋科学、观测数据分析、水下滑翔机动力学与控制的跨学科研究;需要在对水下滑翔机的特性和工作能力有深入分析的基础上，结合海洋现象内在驱动因素与其外在影响因素，针对具体的观测问题设计相应的观测策略。海洋特征观测的关键技术，包括水下滑翔机水动力学和动力学模型的分析、海洋观测系统框架的研究、海洋现象特征的跟踪策略研究、针对海洋剖面观测的滑翔机切换控制研究等。　　 本文结合国家863计划目标导向类课题“水下滑翔测量系统（2006AA092157）”，中科院知识创新工程“多水下滑翔机自适应采样策略与控制技术研究”，和国家自然科学基金重点项目“水下机器人海洋环境自主观测理论与技术(61233013)”的需求，对基于水下滑翔机的海洋观测与海洋特征跟踪问题进行了深入的研究，主要包括以下内容:　　 1、海洋观测系统框架的研究。将观测系统依据其功能进行划分，并界定各个模块的功能和范围。针对现有观测系统在观测平台、海洋特征特性、跟踪决策与路径规划上结合不足、海洋特征特性分析欠缺等问题，重点分析了观测平台选用和观测精度的要求;分析了海洋模型与数据同化、实时采样数据估计之间的关系;并阐述了观测数据分析结果在跟踪过程中的作用。最后，以温度场等值线近实时跟踪和剖面跃层观测为例，将海洋观测跟踪策略、实时数据分析与观测跟踪过程结合起来，设计了相应的观测流程。　　 2、典型海洋现象特征的跟踪策略研究。针对中小尺度海洋现象如上升流、跃层、内波、锋面、涡流等，传统的观测方法在精度上、自主性上有很大欠缺。我们分析了这些现象的成因和变化特性，并建立了这些现象的跟踪决策模型。重点讨论了这些现象在中国近海海域的发生位置、尺度、观测阈值。　　 3、水下滑翔机动力学建模研究。现有水下滑翔机的区别主要是转向机构、混合驱动模式上的区别。针对通过内置质量块转动以实现偏航的滑翔机，建立了它的动力学模型;并将仿真结果与试验数据进行对比，重点分析动力学系统的耦合性;针对大深度滑翔过程，设计了海流、盐度、深度对净浮力的补偿方法。　　 4、水下滑翔机稳态滑翔特性分析。考虑到水下滑翔机稳态滑翔的时间占总工作时间的比重较大，分析了稳态滑翔时在不同的控制输入下，滑翔机状态的变化规律及其影响因素。滑翔机在自主观测过程中，需要根据规划出的速度、角速度等状态反求其控制量，因此基于向量点乘的方法化简了动力学方程，并设计了一种迭代算法求解。　　 5、水下滑翔机剖面滑翔切换控制方法研究。采用LQR线性二次最优方法设计了不同俯仰姿态下的切换控制方法，以实时调整剖面观测过程中的空间尺度。针对潜浮切换问题，基于最优控制中的两点边值方法设计了切换控制策略，以提高位置控制精度，并抵御海流的影响。　　 6、海洋温度场等值线跟踪。海洋现象特征的梯度是反映其变化特性的一个重要表征。海洋温度场等值线跟踪的过程，包括海洋特征值、梯度的提取与估计、多滑翔机队形控制律的设计。对于前者，利用多个水下滑翔机的观测数据来估计观测区域的梯度和特征值;并结合跟踪目标，设计了多滑翔机群体的运动方向和速度控制律。对于后者，多滑翔机以一定的队形移动、旋转进行跟踪，因此设计控制律使其沿着等值线切线方向运动，使获得的海洋观测采样值的差最大，以提高估计的效果。最后针对实际的温度场，通过仿真验证该方法的有效性。