气垫船作为一种新型高性能船,在航运、科学研究和军事上应用越来越广泛。由于全垫升气垫船有着极强的运行机理和环境适应力,在当今的海洋资源探索与开发上起到了重要的作用。因为气垫船是高速船,所以其很容易受到恶劣环境的影响,在航行过程中容易发生一些危险情况:当做回转运动时,水阻力阻尼小,向心力不足,很容易发生侧滑、甩尾等危险现象;当气垫船在高速航行过程中,由于多种因素的干扰,实际航行路线偏离规划航迹路线时,易发生碰撞、触礁等危险情况;在GPS位置信息丢失的情况下,气垫船无法获知位置信息,很难执行当前任务,同时还可能发生碰撞等危险。可见,气垫船在航行过程中存在诸多安全隐患。因此,气垫船的安全航行是一个重要的研究方面。本文以全垫升气垫船作为研究对象。具体工作如下:首先,通过某型气垫船的实验数据和执行机构参数,对气垫船的各个机构模块进行建模,包括水动力模型、空气动力模型、操纵面模型、气垫力模型等;采用牛顿定律对各个模块的力(力矩)进行矢量合成,完成气垫船的六自由度运动数学模型的建立,并对模型进行仿真验证。其次,考虑气垫船GPS信号丢失的情况,对气垫船的船位推算方法进行研究,设计基于交互式多模型算法的船位推算器,并用于海试实验。接着,对气垫船的安全航行进行研究,建立航行过程中气垫船参数的安全限界。对间接式航迹控制算法进行分析,结合气垫船的安全限界,设计航迹偏差PID导引控制器及LOS导引控制器;基于气垫船的航向简化模型,设计基于自适应反步滑模算法的航向控制器。并在扰动风作用下进行了仿真对比验证。最后,针对航迹控制过程中出现的大漂角及横倾角问题,考虑回转率的影响因素,设计基于模糊专家控制的导引控制器,并进行仿真验证。