本实用新型公开了水下航行器的自主跟踪拍摄装置，包括：主壳体、摄像头和驱动器，驱动器包括沉浮组件和推动组件；主壳体头部设摄像头、两侧设浮沉组件、尾部设推进组件；摄像头与图形处理器相连；中控系统与神经网络观察单元以及轨迹跟踪单元相连接；神经网络观察单元包括扰动观测器和饱和补偿器；轨迹跟踪单元包括轨道检测组件与轨道控制器，轨道控制器根据轨道检测组件以及扰动观测器和饱和补偿器的检测结果修正跟拍轨迹。本实用新型设置神经网络观察单元可实现快速、精确的自主对接，克服执行器饱和约束对跟踪控制性能不利影响，提高控制精度。