随着无人系统技术的不断发展,不同类型的无人系统相互跨域协同凭借其明显的优势已经成为了当前无人系统技术研究和应用的热点领域。无人机搭配无人艇水空跨域协同作业可有效的将海洋的监测、感知维度从二维拓展到三维,赋予在海洋上跨域无人系统集群的立体监测和巡逻侦察的能力。本文对无人艇和无人机水空跨域协同编队技术展开了研究,并开展了仿真与物理实验工作,具体内容如下:首先,研究了无人艇编队问题。依据领导跟随法的编队方式,建立无人艇的编队控制模型;基于水流扰动下的无人艇模型和领导跟随法的编队控制模型并结合反步法设计了无人艇编队控制器,通过Lyapunov直接法证明了无人艇编队控制器的稳定性,最后以一艘领导者和两艘跟随者为例仿真验证了无人艇编队控制器的有效性。其次,研究了无人机编队问题。依据虚拟结构的编队方式来选取虚拟编队参考点,并以该参考点为中心建立无人机的期望编队队形。基于无人机与虚拟编队参考点之间的状态误差、改进的人工势场法以及虚拟编队参考点的状态值设计无人机编队控制器,无人机依据编队控制器向无人机虚拟质点飞行,并且保证无人机之间无相互碰撞,形成稳定可靠的无人机编队协同,最后以四架无人机为例仿真验证了无人机编队控制器的有效性。然后,研究了无人艇和无人机水空跨域协同编队问题。结合领导跟随法的无人艇编队和虚拟结构法的无人机编队,将领导者无人艇设为无人机编队的虚拟编队参考点,并利用分布式状态观测器观测领导者无人艇的实时状态;设计无人艇和无人机协同编队控制器,使得跟随者无人艇与领导者无人艇形成编队航行,无人机在虚拟编队参考点也即领导者无人艇上空形成编队飞行,从而形成无人艇和无人机水空跨域协同编队,最后以四架无人机和三艘无人艇协同编队为例仿真验证了本文所设计无人艇和无人机协同编队控制器的有效性。最后,搭建了无人艇和无人机水空跨域协同编队实验平台,包括四旋翼无人机平台、全自主无人艇平台和地面站岸基系统平台,将本文设计的无人艇和无人机协同编队控制器应用至自搭建四旋翼无人机和自开发全自主无人艇平台上,先后实现了三架无人机和单艘无人艇以及两架无人机和三艘无人艇水空跨域协同编队的物理实验。