海洋蕴含着丰富的石油、矿产等资源,资源的开采和运输需要海上的船只作业,而海面天气较陆地更为多变且复杂,各种海面上的交通、灾害等问题频发,传统的有人驾驶的船只在海面上安全系数不高,会遇到各种安全问题。水面无人船,也称水面无人艇或水面无人机器人,在现代海上工作和海军装备中已成为不可或缺的一部分,主要用来完成危险系数、复杂程度高的海面任务。传统的无人船控制和无人船路径规划研究大多是基于单艘无人船,而无人船集群相比单艘无人船具有更高的可靠性且能够完成更为复杂的海上任务,在如今的无人船研究中具有重要意义。本文主要从无人船集群任务规划算法、无人船路径跟踪控制和无人船集群三维仿真环境三个方面进行研究。（1）针对无人船集群中的任务规划问题,采用了基于CAPT（Concurrent Assignment and Planning of Trajectories,轨迹的并行分配与规划）算法的无人船集群任务规划算法,并提出了一种改进的CAPT算法用于解决有障碍物情况下的无人船集群任务规划问题。首先分析现有的无人船路径规划算法,然后研究无人船集群问题的定义以及CAPT算法的原理,设计基于CAPT算法的无人船集群任务规划仿真,并针对其无法解决复杂路径下避障的问题,将Theta*路径规划算法引入到集群路径规划中对CAPT算法进行改进,实现有障碍物的复杂情况下多艘无人船完成变换队形、路径规划等任务。最后对两种算法分别进行仿真实验,仿真实验结果表明,本文所提出的无人船集群任务规划算法具有良好的任务分配和路径规划效果。（2）针对无人船路径跟踪控制问题展开研究,提出了一种基于模型预测控制算法的无人船路径跟踪控制方法。首先对无人船的运动学模型进行分析,然后建立状态空间模型,利用模型预测控制算法和角度参考算法控制输出航向,最后在无风浪干扰和有风浪干扰的情况下进行无人船路径跟踪控制实验,结果表明,基于MPC的无人船路径跟踪控制算法在风浪干扰下具有良好的效果和鲁棒性。（3）针对无人船集群的三维仿真环境问题,设计并实现了基于开源三维渲染引擎OSG的海面无人船集群三维仿真软件。首先对OSG的场景图理论和快速傅里叶变换FFT的原理进行研究,基于osg Ocean设计了海面三维场景的框架,并使用FFTW库和天空盒加载的方法实现海面波浪三维效果和海面天气场景切换,利用三维建模软件3DS MAX设计无人船和障碍物的三维模型。最后,对本文所提出的基于CAPT算法的无人船集群任务规划算法和基于MPC的无人船路径跟踪控制算法进行三维仿真实验,实验结果表明,所设计的三维仿真软件具有较为真实的可视化效果,满足海面无人船集群三维场景可视化的需求。