近年来，由于陆地资源的紧缺，海上资源的陆续开发，水面无人艇的发展越来越受到各国的重视。小水线面船作为水面无人艇家族的新型成员，其艇型设计方法仍然是采用传统的艇型设计方法，即通过选型论证，经过理论的反复计算、推导、修改而最终定型，这样不但增加了设计者的工作量，而且使得设计周期加长，还容易使得设计者一般情况下得不到最优的船型。根据船舶设计原理，通过对小水线面单体船的研究，增加水翼，初步构造了一型无人艇艇型——小水线面单体水翼复合艇。针对无人艇的功能，利用多目标优化分析的方法对上述艇型进行了优化设计。首先，本文根据单体小水线面水翼复合艇的特点，对其设计变量进行选择，并且根据设计的规范确定了其综合优化的约束条件，在对航行性能中快速性和操纵性（回转性和直线稳定性）综合考虑后，建立了水面无人艇航行性能的综合优化数学模型。其次，本文在遗传算法、复合形算法和混沌算法等基础算法的基础上，通过加入分层并行思想构建了新的优化算法，基于C++编写了优化程序；并最终选取分层并行遗传复合形算法作为本文的最终优化算法，经过大量优化计算，取得了综合性能最优的单体小水线面水翼复合艇船型参数，而且还探讨了不同目标权重分配以及不同目标函数组合下的优化结果。最后，本文利用上述优化得到的结果根据母型船改造法设计了水下部分的型线，并且本文还对单体小水线面水翼复合艇的稳定性做了初步的分析，其中重点分析了该艇的纵向稳定性，通过计算，得出了该艇的纵向稳定性满足要求。综上所述，本文主要是考虑单体小水线面水翼复合艇的航行性能，通过对快速性和操纵性的分析，确定了设计变量、约束条件、数学模型；然后本文对其进行大量的优化计算，并对结果进行了相应的分析，最终优化结果表明该优化方法具有高效性、可靠性，最后还对纵向稳定性做了初步的分析。为以后的单体小水线面水翼无人艇航行性能的优化建模，提供了基础平台。