El acoplamiento óptico submarino es esencial para permitir que los vehículos autónomos submarinos (AUV) mantengan operaciones de larga duración a través de un reabastecimiento de energía estandarizado y el intercambio de datos. Sin embargo, la orientación óptica de acoplamiento existente aún enfrenta desafíos, incluyendo un espacio de orientación discontinuo, visibilidad fluctuante de las balizas y una viabilidad limitada en tiempo real en plataformas AUV con recursos limitados. Este estudio propone un marco de orientación óptica submarina de tres capas diseñado para mejorar tanto la estabilidad como la viabilidad de despliegue. Primero, se desarrolla una configuración de baliza multidimensional para proporcionar orientación óptica basada en etapas, respaldada por una herramienta de simulación espacial que evalúa la colocación de balizas y las regiones de detección efectivas. En segundo lugar, se introduce un algoritmo de orientación espaciotemporal adaptativo, que integra mecanismos de predicción y corrección basados en Kalman para mantener un seguimiento constante de las balizas en condiciones submarinas dinámicas. En tercer lugar, se implementa un modelo de detección de balizas ópticas ligero para reducir el costo computacional mientras se preserva una precisión de detección suficiente para el procesamiento en tiempo real a bordo. Experimentos en piscinas y lagos demuestran que el marco propuesto logra una orientación óptica continua en un rango de 0-35 m, mejorando significativamente la estabilidad de la orientación y la continuidad de la percepción en comparación con enfoques convencionales.