本文的研究对象是有缆无人型潜水器的水面监控系统,当前潜水器水面监控系统的研究主要是针对特定类型潜水器,并且所采用的方法通用性不强。本文首先对无人潜水器水面监控系统的功能进行了分析——对系统监控功能、水下运动功能、水下设备功能、水面控制功能、水面应急处理功能、水面吊放设备监控功能进行了详细的描述。为了增加水面监控系统的通用性和可拓展性,对其功能进行了模块化分类,共分为五大类模块——实时显示模块、数据记录模块、水面应急模块、本体功能控制模块和水面吊放系统模块。针对水面应急模块所处理的潜水器应急状态,设计了八种应急预案,并对每一种应急模式的触发条件和相应的应急预案进行了详细的描述,这八种应急预案全面考虑了从潜水器吊放入水、脱钩自由下潜、巡游以及上浮过程中可能出现的紧急情况,并根据相应工况的特点以及可能发生的意外情况,设计了相应的应急预案,这些应急预案将保障潜水器在发生突发状况时能够最大程度地保障其系统安全并能够自动上浮到水面。潜水器与水面监控系统进行通信的基础是上下位机的通讯协议,本文设计了一种基于十六进制数传输的通讯协议,并利用Visual Basic 6.0软件对水面监控系统进行了可视化设计,并附上了部分核心功能的详细代码,以供其他设计者参考。潜水器水面监控系统主界面主要显示潜水器的主要传感器数据及水面吊放系统的数据,并通过不同颜色显示出高度、漏水报警、绝缘检测等的不同状态,设计了六种分界面,囊括了数据库功能、数据回放功能、GPS数据显示功能,这样一款友好的功能强大的水面监控系统将对潜水器整个控制系统的设计提供极大的便利和帮助,可以灵活地增减相应的功能模块,大幅度缩减设计和编程时间,并且水面监控系统还提供了潜水器软调试功能,在水面控制台没有完全完工时,可以利用该系统完成潜水器的陆上软件调试。为了实现潜水器定深定向功能,本文在前人研究的基础上建立了潜水器六自由度运动学模型,利用姿态角转换,建立了载体坐标与大地坐标之间的转换关系;通过将潜水器视为刚体、流体无旋等假设,建立了潜水器六自由度动力学模型。运动学模型和动力学模型表征的是潜水器在力的作用下产生的位置变化与速度、姿态的变化关系,这两个模型是潜水器运动控制仿真的基础。针对有缆无人型潜水器的外形特点及工作特点,对六自由度方程进行了适当简化,得到了化简后的四自由度模型,并利用PID控制器和MATLAB软件对潜水器定深定向功能进行了仿真,虽然PID控制器的结构很简单,但是其控制效果在潜水器所受外部干扰力不大的情况下仍然可以满足控制要求,Mat lab仿真的意义在于为潜水器水池控制实验提供一组相对比较可靠的参数,这一组控制参数至少可以保障潜水器的控制效果不至于出现发散或显著震荡的情况。本文的主要成果是设计了一款通用性较强、易于升级及灵活修改的模块化水面监控系统,不仅仅针对某一型潜水器,而是针对一大类潜水器——利用脐带缆通讯、带有光纤微细缆、水面吊车(绞车)进行布放并通过水面控制台与监控系统进行控制的有缆无人型潜水器。