随着当今时代的科研发展、人类对海洋资源的需求的日益增多,科研人员对海洋特征的观测研究也逐渐增多。其中,温跃层这一海洋特征与海洋渔业、海洋军事、海洋环流和内波等密切相关,海洋温跃层在海洋研究方面具有非常重要的意义和重大的研究价值。因为海洋温跃层在水体的垂直方向上温度变化较大,容易受洋流、季风、太阳辐射等多种因素影响,而自主水下机器人（Autonomous Underwater Vehicles,AUV）是现在跟踪海洋温跃层的一种常用的有效系统平台,充分发挥AUV高自主性、可快速部署等特点,实现对海洋温跃层的快速观测和连续跟踪。此外,随着集群技术的发展,多AUV协同跟踪温跃层具有了更加不可比拟的优势,因此研究AUV对海洋温跃层的跟踪技术及多AUV协同编队技术,具有重要的理论意义和实际应用价值。为此本文的主要研究内容如下:本文首先介绍了海洋温跃层的主要特征以及本文主要采用的AUV平台“探索100”AUV原理,分析了“探索100”AUV的各组成部分。针对海洋中水层厚度以及温跃层边界问题,研究了目前跟踪海洋温跃层几种跟踪算法优缺点,提出了一种基于垂直梯度法的AUV温跃层跟踪方法。在得到温度梯度值之后,通过求得的温度梯度值和规定的温跃层温度梯度阈值进行比较,得出温跃层的上下边界,进而判断AUV是否进入温跃层成功实现AUV自主探测跟踪温跃层。针对多水下机器人的编队方法,本文研究了基于领航者-跟随者的编队方法,根据研究的编队队形的几种形式,采取了相应编队运动队形,同时设计了水平面的动力学模型,进行了编队队形的仿真设计,通过调整编队中的参数实现了编队队形的保持与变换,为多AUV进行海洋温跃层跟踪任务时提供了基础。最后在上述单AUV跟踪温跃层和多AUV编队算法基础上,研究了多AUV协同探测海洋温跃层问题,分析了多AUV协同跟踪温跃层时,AUV之间水声通信问题,采用了基于Sea Linx框架的水声通信协议,最后讲述了多AUV跟踪温跃层采集整个数据的过程与方法,通过AUV外场试验数据仿真分析,成功实现多AUV协同探测并跟踪到温跃层。