在世界范围内沿海经济、海上石油开采和船舶业迅速发展,海上溢油事故在国内外时有发生,对环境和经济都造成了恶劣的影响。但海面上的环境变化多端,会使得海上溢油的漂移和扩散出现不可预测的情况,因此,精确、实时地监测海上溢油状况仍然是现今亟待解决的环境问题,对海洋环境的保护具有重要的意义。无人机以其部署快、成本低、环境适应性强的优势在海上溢油的监测领域逐渐得到重视,但单架无人机的监测能力略显薄弱,而多架无人机监测的鲁棒性仍需提高。为研究无人机集群在精确监测海上溢油方面的应用,本文创新性地提出了一种无人机集群海上溢油自动导航跟踪监测的架构和方法,能够根据海上溢油浓度的变化进行路径规划。在这一无人机系统中,集群中的无人机根据位置传感器和污染传感器测量的海上溢油浓度的变化而不断地调整位置,并将溢油信息传送至地面控制中心,供决策者做出进一步行动方案。无人机集群形态的形成取决于溢油在海面上随时间变化的污染形态分布。应用此方法就可根据海上溢油浓度的变化进行路径规划,拟合出大致溢油形态,实现对海上溢油的精确监测。该方法包括建立溢油模型和设计无人机跟踪控制系统。溢油模型主要反映了海上溢油时空变化的形态复杂性,为后续更准确地模拟无人机集群监测海上溢油的数值仿真提供前提;无人机跟踪控制系统中的控制器可控制无人机跟踪和监测海上溢油漂移及扩散的情况。同时,将无人机跟踪控制系统与人工势场法相结合,避免了无人机之间相互碰撞,提高系统安全性;应用李雅普诺夫稳定性理论和萨拉尔不变集原理对无人机海上溢油监测系统进行稳定性分析。最后,对系统进行数值仿真,仿真结果表明该无人机跟踪监测系统与溢油的重合度较高,分析验证该方法和系统的可行性。未来,该无人机跟踪控制系统也可广泛应用于无人机群对其他不同的环境现象和自然灾害方面的跟踪监测,为后续研究无人机环境监测提供了一些思路并奠定了一定基础。