推动海洋科技创新是实现海洋强国必不可少的重要举措,其中具有自主航行能力且兼具高精度多任务系统的欠驱动无人船成为全球研究热点,在高海况下的高精度路径跟随控制是欠驱动无人船自主控制系统设计中的关键技术,具有极大的挑战性并且仍未得到有效解决。本文提出了基于有限时间观测器的精确制导和控制方案,实现了未知时变大漂角和复杂未知动态影响下的欠驱动无人船精准路径跟随控制。首先,不同于现有的视线制导方法,如积分视线制导和自适应视线制导等,本文完全避免了对漂角进行小角度近似和慢时变假设,通过设计有限时间漂角观测器对时变大漂角进行精确观测,使得观测误差有限时间内精确收敛到零。基于有限时间漂角观测,设计正切漂角视线制导律对时变大漂角进行精准补偿,提高了制导系统的精度和对未知时变大漂角的鲁棒性。制导系统的稳定性由Lyapunov理论严格明,仿真结果和比较分析验证了所设计的制导方法的有效性和优越性。其次,为有效处理系统中存在的未知非线性、未建模动态以及风、浪、流等外界扰动等未知信息,通过构建辅助动力学变量和权重参数自适应律,设计具有渐近逼近特性的模糊观测器精确观测未知动态,克服以往模糊观测器有界观测的局限。设计基于模糊观测器的鲁棒自适应跟踪控制律,实现对制导信号的全局渐近跟踪,仿真结果和比较分析验证了所设计的基于模糊观测器的鲁棒自适应跟踪控制律的有效性和优越性。进而,为了进一步提高观测器的观测精度,设计有限时间扰动观测器对未知扰动进行精确观测,突破了以往观测器精度和收敛速度上的局限。结合反推控制技术,设计基于有限时间扰动观测器的鲁棒跟踪控制器,实现对制导信号的精准跟踪,提高了路径跟随控制系统的控制精度和抗干扰能力,仿真结果显示所设计的有限时间扰动观测器极大提高了扰动观测精度。最后,为强化路径跟随控制系统的整体鲁棒性,本文基于积分滑模和非奇异终端滑模技术,分别设计速度和艏向有限时间跟踪控制器。通过结合有限时间扰动观测器和有限时间跟踪控制器,实现有限时间观测-控制一体化设计,使得所有误差信号都在有限时间内收敛到零,实现了未知时变大漂角和复杂未知动态影响下的欠驱动无人船精准路径跟随控制。稳定性分析分析和仿真结果证明了所设计欠驱动无人船路径跟随控制策略的有效性和优越性。