海上救助是海洋技术的研究的热点,救助过程中必须对救援船与目标的相对位置进行精确控制,这对船舶的操纵技术有着很高的要求。传统的海洋救援是人员操纵船舶进行靠近后救援,这存在着很大的安全隐患。论文结合实际项目需求以对失事艇救援为背景,研究了相对目标的运动跟踪和精确位置控制。研究内容如下:首先,建立了救援船数学模型及失事艇海上漂浮运动模型。针对失事艇海上漂浮运动主要受环境作用的影响,分别建立了风、浪、流的数学模型,通过仿真验证所建模型的正确性。其次,针对水面救助过程中救援船与失事艇保持相对控位与持续跟踪的需求,针对一定恶劣环境下实现全方位水面救生援助的近距离相对位姿测量的需求,提出了基于miniRadaScan微波参考系统的测量方案;并设计了相对距离和相对艏向的解算方案。考虑到救援船与失事艇的近距离相对位置保持与动态跟踪的安全性与控位需要,本文经过分析提出了将跟踪过程分段化来实现安全精确的控位策略,并完成了控位策略的仿真验证。再次,针对救助过程中救援船与失事艇需要在保持精确相对控位前提下方能实现安全作业的特点,采用模糊自适应PID控制方法,分别设计了救援船纵向位置控制器、横向位置控制器和艏向位置控制器,通过在线整定PID参数,实现复杂海况条件下的相对运动跟踪与精确控位。并通过仿真验证,完成对跟踪控制效果、跟踪策略的验证。最后,为有效验证救援船与失事艇相对运动跟踪与精确控位策略与方法,建立模拟运动跟踪控制系统,以全向移动车为救援船模拟设备实现目标跟踪控制、以五自由度手控车模拟失事艇漂浮运动、以miniRadaScan Sensor和Responser为相对位置测量装置完成目标运动的实际测量。分别介绍了各模拟设备的组成及其具体的工作方式。编写船舶模型仿真控制程序,开发了船舶模型仿真、界面显示、参数设置、平台选择、参数调整、工作模式选择、实验数据存储等功能模块。通过设计目标跟踪与干扰对稳定状态的影响实验,验证了所研究的测量方案、跟踪策略、基于模糊PID的三自由度控制器的有效性和实用性。