虚拟锚泊浮标作为一种抛弃传统系留缆的新型海洋环境观测平台,能够捕获多种环境能量,具有全球远海大洋自主锚泊点切换、精准虚拟锚泊和气象水文长期原位观测等功能。然而,在现有文献中,关于锚泊点切换和虚拟锚泊的控制算法相对较少。因此,本文提出了一种新型虚拟锚泊浮标导航控制策略,包括锚泊点切换控制算法和虚拟锚泊控制算法,并通过仿真分析验证了该导航控制策略的正确性和有效性。主要研究内容如下:首先,研究了虚拟锚泊浮标的运动机理,利用Fossen矩阵建立了虚拟锚泊浮标纵荡、横荡、垂荡和艏摇四自由度动力学模型,并对该虚拟锚泊浮标进行了动力学行为仿真,为虚拟锚泊浮标导航控制策略的研究奠定了基础。其次,针对虚拟锚泊浮标在锚泊点之间位置切换问题,提出了锚泊点切换控制算法。通过高斯大地主题反解视向跟踪算法得到导航信息,采用改进单神经元自适应PID控制器实现了虚拟锚泊浮标在预设锚泊点之间的位置切换。该控制器不仅结构简单,而且具有自适应、自学习功能和较强的鲁棒性。再次,针对虚拟锚泊浮标在海平面上一直处于运动状态而难以锚泊的问题,提出了虚拟锚泊控制算法。通过引入虚拟锚泊圆,将虚拟锚泊问题转变为路径跟踪问题,通过Serret-Frenet坐标变换和重新定义输出变量,将单输入多输出的欠驱动非线性系统转变为单输入单输出的非线性系统,进而构建了 RBF神经网络模糊滑模控制器,实现了在锚泊点一定范围内的虚拟锚泊。模糊算法对滑模开关量进行在线调整,削弱了滑模控制器的“抖振”,RBF神经网络对模型不确定项进行逼近,使滑模控制器摆脱了对系统模型的依赖性,提高了控制器的鲁棒性。同时利用李雅普诺夫稳定性理论证明了控制器的稳定性。最后,为验证本文提出的新型虚拟锚泊浮标导航控制策略,分别对锚泊点切换控制算法和虚拟锚泊控制算法进行仿真分析。仿真结果表明,本文提出的新型导航与控制策略能可靠地完成虚拟锚泊浮标的导航与锚泊任务,具有较强的稳定性和鲁棒性。