小型无人水下航行器(UUV)尺寸小、重量轻、便于存储、布放和回收,具有环境适应能力强、活动范围大、应用领域广泛等诸多优势,已经成为全世界研究的热点,目前一些小型UUV已经成功应于科学探索、商业运作和军事领域。导航控制系统是UUV技术发展的关键技术之一,当UUV执行海底勘测、海洋环境检测等使命任务时,如果不能获得高精度的导航定位信息和较好的控制效果,那么UUV的作业安全得不到保证,大大降低了 UUV的可靠性。本文根据学科建设需要,设计一款尺寸小、重量轻、带辅助推进器的小型UUV,通过搭载侧扫声纳、CT、DVL、MTI、通信与测距声纳等传感器,实现水下目标跟踪、地形勘察、环境监测等应用;基于UUV数学建模与运动特性分析,研究UUV导航控制方法,通过构建UUV导航控制与运动仿真平台,完成对研究方法的实验验证。具体内容如下:首先,基于ProE平台建立小型UUV传感器、执行机构、平台等实体建模,设计了三种不同构形的UUV系统结构方案,根据小型UUV的使命和功能定位,确定了带辅推的鱼雷型UUV结构设计方案;根据设备选型与总体布置方案,完成UUV重量、重心、固定浮容积、浮心的计算,验证了设计方案的可行性。其次,完成小型UUV系统结构设计,主要分为机械结构设计与电气结构设计,前者包括壳体、密封舱、推进与操纵系统等设计,后者包括内部电子设备布置、电气接线与控制系统结构设计等;采用有限元分析方法验证系统结构设计的合理性;基于ProE完成系统三维集成装配,形成了小型UUV总装设计图。再次,小型UUV导航控制方法研究,针对小型UUV的特性以及自身搭载的传感器,设计了导航控制算法,包括导航控制策略设计、基于自适应模糊PID的小型UUV艏向和速度控制器设计与验证、以及基于容积卡尔曼(CKF)的小型UUV导航定位方法设计与实验验证。最后,设计并构建了小型UUV导航控制与运动仿真平台,开发了控制指令、路径设置、模型解算、参数调整、数据和轨迹显示、实验数据存储等功能模块;通过对UUV正六边形方案和割草机形方案的运动控制仿真实验,验证了所研究的导航控制策略与算法、基于模糊PID的UUV速度与艏向控制器、CKF导航定位算法的正确性和有效性。