采用水下运载机器人对深海信号传感器进行投放和回收工作过程中,进行深海信号传感器的定位是一项较为困难的工作。本文通过建立浮标上浮过程动力学模型,分析上浮运动轨迹,从而反向定位深海信号传感器的位置。通过建立基于水动力影响下的水下运载机器人动力学模型,提高了机器人在传感器回收过程中的运动控制稳定性,同时,为了节省水下运载机器人的能源消耗,并且实现深海信号传感器的快速寻找和定位,对传感器回收过程中的水下运载机器人运行轨迹进行了优化。主要研究内容如下:研究了水下运载机器人的动力学特性,根据质心运动定理和相对于质心运动的动量矩定理推导了水下运载机器人的动力学方程;考虑到水下运载机器人的加速度引起惯性水动力的影响,建立了水下运载机器人的水动力学模型。研究了浮标上浮过程中的动力学特性,由牛顿—欧拉方程推导了浮标上浮运动的动力学方程。同样考虑浮标的加速度引起的惯性水动力的影响,建立浮标上浮运动的水动力学模型。根据浮标的动力学模型推算了浮标上浮的轨迹,通过浮标的位置反向定位深海信号传感器的位置。当浮标上浮过程中遇到内波时,上述定位方法精度较差,因此本文提出了另一种基于内波速度势的浮标上浮轨迹的推算模型。该模型将浮标受到的内波速度势分解为两种简单形式,通过伯努利方程求解出浮标所受到的内波力,推算出浮标上浮轨迹。利用MATLAB得到定位模型的解析解和Fluent的仿真结果进行对比,验证了定位模型的可靠性。为了解决水下运载机器人携带动力有限的问题,本文研究了基于能量最小原则的深海信号传感器回收轨迹优化设计,提出了四种常见的回收轨迹形式,针对这四种轨迹建立了能量损耗模型,为不同海况下的深海信号传感器回收轨迹优化提供了参考。