航行交通设备的无人自主化已经成为了当今社会发展的趋势和主流。从机器人、无人机、无人车到无人船、无人艇,都在大量的接收着社会的资金,技术和人才,快速的发展着。其中水面无人艇作为水面航行设备中体型较小,功能丰富的设备之一,也成为了控制界研究的热门对象。然而,由于水面环境相对于陆地和天空,更加的复杂,干扰更大。且水面无人艇大多是欠驱动的,由一个推进器和一个舵控制无人艇三个自由度的运动,这极大的提高了控制的难度,使水面无人艇的自主性相对于其他无人设备落后了一截。同时,由于传感器和图像识别上的短板,自主设备对复杂情况下的避障处理的效果不是很好。所以本文针对上述问题,独立自主的设计实现了一艘遥自主水面无人艇的控制系统,包括硬件平台,控制软件以及多种控制器,提出了水面无人艇遥自主控制算法,通过设计的仿真和实船实验,验证了遥自主水面无人艇控制系统的稳定和可靠。本文首先建立了地球固定坐标系和船舶随动坐标系,来描述无人艇在水平面的运动,进一步介绍了国际通用的水面船舶状态和参数的名称以及符号。然后通过分析水面无人艇的水动力特性和运动特性,在三自由度水面无人艇运动模型的基础上,分析推导出了水面无人艇操纵响应方程:Nomoto模型。接着介绍了LMI(Linear Matrix Inequality)的背景和原理。在{SF}坐标系下,建立了水面无人艇航迹跟踪问题的数学模型,设计了基于LMI约束的预测控制航迹跟踪控制器。又介绍了碰撞锥理论,并建立了基于碰撞锥理论的水面无人艇避障模型,设计了基于LMI约束的碰撞锥避障控制器。同时,还设计进行了了针对本文的遥自主水面无人艇参数的MATLAB仿真实验。然后又详细阐述了遥自主水面无人艇的软硬件设计原理及思路,包括硬件部分的无人艇艇身、无人艇推进机构、无人艇转向机构、无人艇电控系统以及软件部分的运动控制软件界面、通讯模块、文件管理模块、事件模块以及LMI算法实现模块。最后进行了实船实验,利用了Gauss-Kruger投影解决GPS的坐标变换问题,又解决了实船实验时遇到的传感器参数跳变和舵角不准确的问题。进行了KT实验,来辨识水面无人艇操控性模型中的未知量。介绍了实船实验环境和步骤,并分析了实船实验结果,验证了遥自主水面无人艇控制系统的稳定性和有效性,且发现了本文研究仍存在的一些不足。