随着海洋勘测任务的日益繁重,单个的海洋无人航行器越来越难以满足实际的任务需求。面对复杂作业任务时,单个的航行器执行能力明显不足,这时就需要多个航行器进行协调来完成作业。多海洋无人航行器编队控制的含义为多个航行器根据任务需求形成一个特定的队形,在驶向目标点的过程中能够对队形进行保持,并且能够安全的通过障碍物区域。本文以海洋无人航行器中的水面无人艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)为研究对象,对多USV的编队形成、队形保持以及编队避障等问题开展研究,具体研究内容如下:首先,根据双体USV的系统结构和运动特性,建立了 USV运动学模型,并据此设计了 USV目标跟踪算法,实现USV对期望目标的准确跟踪。其次,针对多USV的编队形成及保持算法开展研究。采用虚拟结构和人工势场相结合的多USV编队控制算法,虚拟结构用于组织编队队形,人工势场用于编队成员避碰,引入虚拟领航者作为USV的跟踪目标,通过数值仿真验证了编队控制算法在编队形成和队形保持、切换上的有效性。然后,针对多USV编队的避障问题开展研究。设计了保形法和队形变换法两种避障方法,其中队形变换法分为队形改变和队形缩放两种策略,通过数值仿真验证了不同的避障方法进行编队避障时的有效性。最后,搭建了多USV编队的硬件平台,对USV的硬件组成、软件设置以及通信方式等进行了介绍,并通过实船试验验证了编队形成、保持算法以及编队变换算法的可行性。