利用水下无人航行器(UUV)探索水下未知环境是当前国内外研究的一大热点和难点,水下环境十分复杂,实现水下环境探测需要克服更多的困难,因此对UUV探索水下未知环境问题的研究具有十分重要的意义。本文对UUV的同步探测与巡岸控制(Simultaneous Detection and Patrolling,SDAP)问题进行了研究,在UUV安装水下激光测距仪作为采集信息的传感器。对涉及的数据预处理、地图轮廓构建、路径点提取、路径跟踪等问题进行探索,主要研究的内容为:首先,在固定坐标系和运动坐标系的参考下,分别建立了UUV的六自由度运动学模型和动力学模型,然后针对本文SDAP水平面UUV路径跟踪控制的要求,将其简化为三自由度UUV模型,并进行了模型操纵性的仿真验证,为后续的UUV积分滑模控制器的设计奠定了基础。然后,针对激光测距仪所获取数据的特点,根据小波聚类的思想,提出一种基于小波聚类的UUV巡岸地图轮廓构建方法,该方法分为三步:第一步是局部小波聚类,通过对当前视域内的数据点进行聚类,得出孤立点备选集和各个类的集合;第二步进行全局聚类决策,对备选集和各个类集进行分析决策,给出具体的孤立点集合和轮廓点集合,有效防止误判;第三步利用Alpha-Shapes方法对轮廓点中不同的类分别构建轮廓。其次,根据数据轮廓为带状有序的特点,设计一种根据数据轮廓获取理想路径的方法,首先根据参考距离l提取类簇骨架,判断UUV与所提取骨架的相对位置,留出安全距离后求出路径点,依次连接路径点并使用三次样条曲线进行平滑处理,最终得到了UUV需要跟踪的期望路径,巡岸问题转化为路径跟踪问题。再次,针对欠驱动UUV水平面路径跟踪系统,根据UUV误差方程,将虚拟向导速度作为输入补齐输入个数形成全驱动UUV,并将控制分解为纵向速度跟踪子系统、位置跟踪子系统和艏向角跟踪子系统,分别设计三个系统的控制律。根据积分滑模和李雅普诺夫直接法的思想,设计了一种基于积分滑模的水平面路径跟踪控制器,控制器考虑了海流的影响,可以有效跟踪直线或曲线的路径,利用李雅普诺夫稳定性定理证明了控制器的稳定性,对其进行仿真证明了控制器的有效性。最后,在以上的基础上设计了仿真实验,分别在开敞式港池港口和封闭式港池港口环境下进行仿真验证,建立了环境模型,设计算法评价方法,在MATLAB平台中对算法进行了验证,证明基于激光测距的UUV地图轮廓构建与同步巡岸控制方法的可行性。