随着水面无人艇技术的发展,研究者们从无人艇单艇的路径规划研究逐渐向多艇编队的路径规划研究转变。水面无人艇协同编队在任务过程中,相比于单艘无人艇,具有侦查区域广、系统自主性提高和容错能力增强等优势。为此本文将无人艇领导者-跟随者编队系统作为主要研究对象,对无人艇编队队形生成,路径规划和整体避障等问题进行研究。本文针对无人艇编队路径规划,将编队路径规划问题拆分成两个问题,分别为无人艇编队队形形成和无人艇编队整体路径规划。针对无人艇编队队形形成过程中的无人艇内部个体可能出现的距离控制和内部碰撞问题,本文提出了分段速度策略和基于相近点距离的无人艇优先级算法,分段速度策略可以根据领航艇与跟随艇当前距离与期望距离进行比较,根据当前距离大于或小于期望距离进而减小或增加跟随艇的速度,以生成期望队形。针对内部碰撞问题,本文提出了基于相近点距离的无人艇优先级算法,为跟随无人艇赋予不同的优先级,高优先级速度加快,低优先级速度降低,防止碰撞。当队形形成后,进行无人艇编队路径规划,本文将快速行平方法应用到无人艇编队路径规划中,但是针对传统算法会导致仿真过程中无人艇编队行驶速度变慢,或者出现运行停止等问题。本文提出了包含不确定性的快速行进平方法的无人艇编队路径规划算法,该算法着重关注了无人艇之间的速度图影响范围,减少冗余的计算过程。实验结果表明该算法相比于传统算法可以使得无人艇编队远离没有障碍物且行进速度很慢的区域,保持编队的稳定性,并显著降低了计算时间。本文针对无人艇编队整体避障问题,提出了一种基于队形决策的避障方案,针对同构队形变换及异构队形变换两种避障方式和队形参考库中有限的异构队形数量情况下,引入队形变换的代价函数,将无人艇编队变换中的队形差异和能耗整合,进行定量分析,之后从队形参考库中选择代价最小的避障队形通过障碍区域。实验结果表明该算法可以在无人艇编队进入障碍区域之前选择最优的编队队形,能够实现决策机制。