近年来,暴雨灾害频发,造成严重的人员伤亡和经济损失。水涝灾害后的城市除涝、河道疏浚作业迫切需要专业的应急技术装备,而履带装备以其良好的通过性,成为水下应急技术装备的首选。由于水下应急技术环境具有土壤稀软、流场复杂的特性,水下履带装备在行走作业时易出现滑移、倾翻等危险姿态。为保证水下履带装备行走作业的姿态稳定性,本文以水下履带装备为研究对象,通过理论推导、仿真分析和试验验证,对复杂流场环境中的水下履带装备姿态稳定性分析识别问题展开一系列研究。（1）为确定水下履带装备姿态稳定性的影响因素,搭建适用于水下环境的履带装备测试平台,建立水下履带装备滑移、倾翻动力学模型,并在模型基础上,分析装备在水下坡道的安全姿态稳定性、平地行走姿态稳定性,进而得出土壤附着系数与流场来流速度是影响水下履带装备姿态稳定性的重要因素。（2）对于水下环境而言,土壤力学特性模型是评估履带装备在未知地形上通过能力的关键。为获取水下稀软土壤的力学特性参数,设计并搭建土壤特性测试平台,该平台以淮河河床表层土壤为原位土壤,进行水下稀软土壤的履带板压力-沉陷试验、剪切-位移试验。根据土壤的力学试验结果,分析履带-稀软土壤的相互作用规律,提出一种适用于水下高饱和黏性土壤的压力-沉降分段式经验模型,该模型使用两组独立参数表征水下土壤的分层现象。为了评估分段经验模型的准确性,应用水下履带装备测试平台进行全浸没行走试验,结合驱动电机的特性曲线、电机负载电流数据,对其行走过程中的土壤阻力进行计算。结算结果表明,相比经典模型,分段模型的阻力计算结果准确度提高约20%,证明分段模型可以更好的表征高饱和黏性土壤的压陷力学特性。（3）为更准确的描述履带与土壤颗粒的相互作用特性,应用离散单元方法（DEM）,结合颗粒放大技术,对黏土、沙土颗粒进行DEM建模,通过堆积形态对比的方法,校准DEM颗粒的粘聚、摩擦接触参数。应用校准后的DEM颗粒模型仿真履带板的土壤剪切-位移过程,对比履带板的剪切-位移试验结果,DEM仿真结果的平均绝对百分误差（MAPE）小于11%,说明DEM方法可以有效的应用于土壤颗粒建模。在此基础上,通过调整DEM仿真计算域的方法,消除履带板剪切-位移过程中土壤堆积产生的测量误差,实现履带土壤剪切-位移特性参数的修正。（4）针对水下履带装备的复杂流场环境识别问题,提出一种基于人工侧线系统的水下履带装备流场识别方法。将人工侧线系统安装于水下履带装备微缩模型,并对模型进行水池拖拽试验和相应的计算流体动力学（CFD）仿真,获得不同流场环境的微缩模型表面压力数据。通过对数化、归一化处理,将表面压力数据转变为流场状态矩阵,并最终映射为图像,进而构建包含来流速度、来流角度与障碍物位置信息的流场环境数据集。应用该数据集对ResNet18残差网络进行流场环境分类训练,训练后的网络分类精度达到84%,可满足履带装备对流场环境识别的需求。在获得来流角度和来流速度的基础上,建立履带装备模型的迎流面外形与粘性水阻力系数的函数关系,推导水下履带装备的多姿态水阻力参数化模型,该模型可应用于水下履带装备的水阻力实时估计。（5）考虑稀软土壤的力学特性、复杂流场环境的水阻力特性,提出一种基于隐马尔科夫模型（HMM）的水下履带装备姿态识别方法。首先,理论推导水下履带装备滑移、倾翻的动力学和运动学模型,结合稀软土壤的分段压力-沉陷模型对土壤附着系数进行辨识,结合土壤附着系数计算水下履带装备的危险姿态。然后,搭建水下履带装备测试平台的仿真模型,在验证其有效性的基础上,扩展复杂流场环境的水下履带装备安全姿态、行走姿态数据,并制作不同姿态对应的电机电流信号、人工侧线信号数据集。应用该数据集对水下履带装备的隐马尔科夫模型进行分类训练,训练后的水下履带装备安全姿态、行走姿态分类准确率分别达到84%和90%,表明隐马尔科夫模型可以有效识别水下履带装备的正常状态、滑移状态以及倾翻状态状态,应用于水下履带装备的姿态识别。综上,本文对水下履带装备的安全姿态、行走姿态稳定性的主要影响因素进行分析,并对履带装备与稀软土壤、复杂流场的相互作用特性建立参数化模型,在此基础上研究水下履带装备的姿态识别,为水下装备环境感知与稳定性控制研究提供参考。