目标跟踪作为水下无人航行器(Unmannd Underwater Vehicle, UUV)实现海底管道检修、港口防御、情报搜集、对接回收、时敏打击等作业任务的关键技术,具有广泛的应用前景。本文针对水平面跟踪运动目标问题提出了不同于轨迹跟踪和路径跟随问题的新思路,将动态规划结果作为UUV运动控制目标,符合实际需求。主要研究了以下几个方面:首先,建立跟踪系统模型。在惯性坐标系和载体坐标系中,分析UUV的运动规律和动力装置特性,建立其水平面运动学和动力学模型,并给出定常海流条件下的模型形式;建立运动目标模型,包括匀速(Constant Velocity, CV)、匀加速(Constant Acceleration,CA)和匀速转弯(Constant Turn Rate, CT)三种机动模型;提出水下常见的两种传感器观测模型;通过仿真设计验证模型的正确性。其次,研究基于模型的目标状态估计方法和UUV自身数据自适应滤波方法。在卡尔曼滤波基本原理的基础上,对目标控制参数未知问题分别采用DKF、UKF和IMM三种方法进行设计,并给出仿真案例和结果分析;将二阶动态灰色模型应用到UUV数据滤波中,其贫信息、小样本预测特点增加了滤波平滑性和实时性,预测值和观测值加权融合设计提高了滤波去野值能力。再次,以UUV航行安全性和跟踪精度为目标,制定了基于视线切换的动目标跟踪策略。在航速和航向角速度饱和约束下,根据UUV和目标的相对运动模型规划实时的导引策略,动静障碍物环境中的跟踪仿真结果验证了策略的有效性。最后,基于非奇异终端滑模原理分别设计UUV速度控制和航向控制,根据Lyapunov理论对该控制器的稳定性进行分析;最后依据本文的状态估计方法、动态规划导引策略和运动控制器设计综合仿真案例,从回转运动目标、匀速-转弯多机动目标、静止障碍物环境、运动障碍物环境四种情况对跟踪系统方案可行性及适用性给出验证。