无人艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)作为无人系统中的一员,在军民领域逐渐展现出它的应用前景和价值,具备海洋探测、环境监控、目标侦查、通信中继等功能,因此无人艇技术的发展受到了越来越多人的关注,更多的研究学者投入到了无人艇研制工作中。无人艇的跟踪技术是实现自主航行的基础,其跟踪控制效果直接决定了无人艇完成任务的质量,因此无人艇跟踪技术是目前无人艇的重点研究方向,具有很高的研究意义。本文主要以“海豚-I”号小型无人艇为研究对象,从运动学和动力学角度分析无人艇的运动特性,简化并得到该无人艇的三自由度操纵性数学模型。简要介绍了无模型自适应控制方法(Model Free Adaptive Control,MFAC),基于MFAC算法设计无人艇航向、航速控制子系统,其中航速子系统满足该算法对受控系统的假设要求,航向子系统并不满足。因此本文针对无人艇航向子系统特点提出一种改进MFAC控制算法,并证明了该算法的稳定性和收敛性,同时对基于MFAC算法设计的航向、航速控制子系统进行仿真试验验证,与PID控制器进行对比;针对小型无人艇使用低成本传感器导致航向信息精度低、噪声大的问题,提出一种改进无迹卡尔曼滤波方法并应用到航向控制子系统中,仿真试验验证了该方法的有效性。本文主要从路径跟随、轨迹跟踪两个方面对无人艇跟踪方法进行深入研究。在环境干扰和模型摄动的条件下,针对路径跟随控制问题,基于超前制导法和改进MFAC算法设计出路径跟随控制器,其中将跟踪误差引入到航向控制子系统中,通过控制无人艇航向实现跟踪误差快速收敛为零,从而消除水流干扰的影响;针对轨迹跟踪控制问题,基于纯跟踪方法和改进MFAC算法设计轨迹跟踪控制器,同时将跟踪误差引入到航速控制子系统中,控制航速消除跟踪误差、补偿水流干扰并跟踪上期望轨迹。通过与PID方法进行对比仿真试验,验证了所提跟踪方法的有效性。搭建“海豚-I”号无人艇样机,基于该艇进行多次水池和外场对比试验,通过试验验证上述跟踪方法的可行性与有效性。