声纳浮标布设较为简单,多个声纳浮标组成测量阵,测量准确,可以弥补固定声纳的探测盲区,并且没有本舰噪声干扰,是重要的水声探测设备。针对目前声纳浮标必须采用锚系于海底,布放回收麻烦,测量阵在布设完成以后不能根据海上试验需要进行变阵的缺点,设计一种具有一定机动能力和自动进行位置保持的自守位声纳浮标,能够有效的简化声纳浮标的布放回收,缩短浮标测量阵布设时间,提高海上试验效率。借鉴绿色动力定位的思想,设计声纳浮标基于模型预测控制的区域定位控制器,能有效降低声纳浮标在进行位置保持时消耗的功率,节省电能,延长声纳浮标的工作时间。为实现上述目标,本文主要做了以下几个方面的研究:首先完成自守位声纳浮标的设计,是以后研究工作的基础。对声纳浮标的壳体线型进行优化,提出四种改进线型,采用计算流体力学的方法,计算每种线型的阻力,找到一种阻力最小的浮标壳体线型。完成壳体设计以后,对声纳浮标各个部分进行优化布置,提高声纳浮标的初稳心高度。为声纳浮标控制系统的选择合适的硬件,设计相关电路,比较常用几种航向测量方法,最终选择价格适中,性能满足要求的MTi-G测量浮标艏向。自守位声纳浮标设计完成后,对声纳浮标的航速、续航时间进行校核和稳定性进行校核。其次,结合自守位声纳浮标自身的结构特点,参考一般船舶的建模过程,建立声纳浮标的六自由度模型。基于自守位声纳浮标工作时的特点,忽略垂荡和横摇,得到简化的声纳浮标四自由度模型。在纵倾较小前提下,对其四自由模型进一步简化,得到单自由度纵倾模型和三自由度水平面运动模型,实现纵倾和其他三个自由度实现了解耦。分析声纳浮标海上区域定位时位置发生漂移的原因,主要在海流和二阶波浪漂移力的作用下发生漂移,建立海流和海浪的模型。针对声纳浮标产生纵倾的原因,设计了纵倾PD控制器,并进行了仿真验证。再次,参考GreenDP的特点和声纳浮标区域定位要求,设计声纳浮标的区域定位控制策略,即能满足总做要求,又能节省电能,延长声纳浮标工作时间。详细介绍模型预测控制的分类和原理,结合声纳浮标模型非线性和强耦合的特点,采用对模型预测控制性能指标进行泰勒展开的方法设计声纳浮标区域定位控制器,并进行了有海流干扰下的仿真实验,实验表明,设计的控制器能有效、平稳的实现声纳浮标区域位置保持。最后,在千岛湖进行实验,进行直航试验对声纳浮标载体的稳定性和快速性进行检验;根据实际情况,设定自守位声纳浮标位置保持区域,进行了 3次区域定位试验,均取得了成功。