随着全球经济的增长,人类对石油天然气的需求急速增加,海洋石油资源日益成为各国争夺的战略重点,在此背景下,海洋勘探技术已成为我国急需发展的重要领域。海洋资源勘探系统为技术密集度高、学科跨度大的复杂系统,其中,地震拖缆是关键的勘探设备之一,目前用于勘探的地震拖缆大多有三千到八千米长。在实际海上勘探作业过程中,勘探信号采集的稳定和有效性对拖缆深度和间距的控制有着一定的要求,这对于长数千米的水下拖缆而言并不容易。要解决这个控制问题的一个关键就在于准确预报拖缆姿态、掌握拖缆动力学特性。本文以海洋地震拖缆系统为研究对象,在前人研究成果的基础上,用微元法建立了拖缆系统三维动力学模型,对拖缆方程在空间上运用有限差分算法、在时间上用广义α算法离散求解,运用计算机仿真技术研究了拖缆在稳态工况下的姿态和缆上张力分布情况以及在动态工况下拖缆的深度和张力变化情况,实现了海洋地震拖缆姿态仿真。同时,对拖缆姿态主动控制策略进行了探索。本文通过理论分析指出了传统有限差分算法在时域上存在的缺陷,将广义α算法引入拖缆三维模型求解,并通过实际算例验证了该算法的优越性,得出该算法适用于非线性拖缆方程求解的结论；通过计算机仿真,得出了拖缆在匀速直线航行、回转航行、变速直线航行以及升沉运动等工况下,拖缆深度和张力的变化规律及特性,为拖缆控制研究提供有效依据；针对拖缆运动特点,提出了实现拖缆深度方向和水平方向主动控制的基本思想,并基于李雅普诺夫方法设计了拖缆水平方向的有效控制策略。本文对拖缆模型的求解方法与仿真计算结论对海洋地震拖缆的研究与控制有一定的参考价值。