为争夺海上资源,世界各国越来越重视海洋资源开发和船舶行业。无人水面艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)作为一种无人水面可移动平台,可以在海洋中承担大范围、长时间、低成本的工程任务与海洋科研,因此在军事和民用领域都具有广泛的应用,成为各国致力研究的领域。针对一些特殊作业,如海上侦查与巡逻等,需要更精确的无人艇航向控制。因此,对无人艇航迹跟踪控制进行研究在理论和实践上都具有非常重要的意义。与空中和地面交通工具不同的是,由于海浪、海流和局部风的影响,无人艇在六个自由度上都会受到很大的扰动。因此,为了确保无人艇在复杂海洋扰动环境中仍能精确执行侦查巡逻等任务,需为其设计一个航迹控制系统,以保证无人艇在实际航行过程中不会与预设航迹产生过大误差。本文即是为解决具有模型不确定性且受到外界干扰条件下的无人艇航迹跟踪控制问题,主要完成了以下研究工作:首先进行无人艇六自由度运动分析,通过合理简化建立无人艇在水平面三自由度下的数学模型,并通过水平面定常直航和回转仿真实验,验证该无人艇模型的直航性能和回转性能,说明该模型的建立是正确且有效的,为后续控制器的设计提供基础。为了模拟无人艇在海洋扰动条件下的航迹跟踪,分别分析风、浪、流的干扰力矩模型,构建海洋扰动环境模块。接着将其施加至前文构建的三自由度无人艇运动数学模型,通过仿真对照实验得出无人艇在单独受到风、浪、流干扰时的直航与回转特性。本文参考前人文献,综合考虑提出了一个适用于本文所构建无人艇运动数学模型的跟踪精度指标。首先设计了一个常规的PID航迹控制器,令无人艇在受到海洋环境干扰的情况下,分别进行折线和圆形航迹的跟踪仿真实验。由仿真结果可知,使用常规的PID控制器可以达到一定程度上控制航迹的效果,但跟踪精度并不足够理想。因此考虑设计一个基于滑模控制的航迹控制器,通过在同样条件下的对比仿真实验,跟踪误差明显减小,满足设定的跟踪精度指标,证明其性能的优越性。最后进行无人艇航迹控制的视景仿真,实现航迹控制过程中的可视化,有利于系统设计人员对无人艇的智能运动控制、航迹规划等进行在线分析和决策。