中尺度涡对于全球海洋中热量、CO2、营养盐等物质与能量的输送与再分配起着至关重要的作用，对大尺度内的大洋环流和海洋生态环境都有显著的影响。水下滑翔机在续航时间和航程上的出色能力，使其对中尺度涡旋进行实时、连续的跟踪观测成为可能。为满足科学研究中对中尺度涡及其他海洋现象的动态跟踪观测的迫切需求，本文的主要目的是研究以水下滑翔机为平台，建立一种对中尺度涡进行实时跟踪观测的系统框架及相应的水下滑翔机控制策略。最终，实现研究者实时对中尺度涡的水下结构进行观测，从而揭示中尺度涡的形成、传播、融合、分裂与消亡的整个过程中的动态变化规律，及过程中其对全球海洋、大气、生物、碳循环的影响。　　水下滑翔机对中尺度涡的跟踪观测需要对基于卫星数据的涡旋识别、预测和跟踪方法进行研究，对水下滑翔机航向控制以及平台之间的协同控制策略进行设计。本文结合水下滑翔机的运动特点和控制流程上的需要，设计适用于水下滑翔机的中尺度涡跟踪观测系统框架。并对其中涉及到的滑翔机路径动态规划、航向控制方法进行研究，制定了一阶可微路径下滑翔机的协同控制策略方法。此系统框架及相应的控制方法能够实现对其他形状不规则的海洋动态特征进行跟踪观测。　　本文作为海洋机器入水下环境自主观测理论与技术研究的部分内容，依托于国家自然科学基金重点项目“海洋机器人水下环境自主观测理论与技术”。对水下滑翔机自主跟踪观测海洋动态特征任务中，涉及到的以下内容进行了研究:　　(1)基于卫星数据对中尺度涡进行识别、预测和跟踪。利用卫星数据进行相关的宏观观测是目前最为普遍的方式，水下滑翔机对中尺度涡进行跟踪之前需要对中尺度涡进行宏观的观测和了解。提出了使用聚类的方法对卫星数据中的涡旋区域进行识别的方法;水下滑翔机动态跟踪观测中尺度涡过程，需要对中尺度涡进行位置预测，本文对静止预测、Kalman方式的预测和核回归方式的预测进行了比较;基于卫星数据的涡旋跟踪中，利用涡旋的边界曲线制定了复合参数判据，同时提出使用双向匹配的方法进行涡旋汇合、分离过程的监测。　　(2)设计了滑翔机进行中尺度涡实时动态跟踪观测的系统框架，并针对水下滑翔机执行中尺度涡剖面观测任务，设计了相应的航向控制策略。结合水下滑翔机的特点和涡旋跟踪观测的目标，设计了各个模块的功能及其信号流图，为多水下滑翔机进行跟踪观测提供基础。利用该系统对中国南海的某个中尺度涡进行了海上跟踪观测实验，通过对数据的分析，滑翔机成功完成了对涡旋的跟踪观测。　　(3)对圆形观测路径下多水下滑翔机协同控制策略进行了研究。通过分析圆形观测路径的特点，制定了极坐标系下队形中水下滑翔机的有符号距离、极角差和平均极角等参数的含义和计算方法。综合各个参数的影响，设计了能量函数，并根据其导函数推导出了滑翔机的协同控制策略。　　(4)针对形状不规则的海洋特征及复杂观测路径下多水下滑翔机协同控制的需求，分析复杂观测路径的特点，在Frenet坐标系内对平台位置、有符号距离和相位差进行建模。依照参数建模结果重新设计了能量函数，并给出了控制策略。针对椭圆、矩形和之字形路径进行了相应的仿真，验证了方法的有效性。