随着万物互联时代的不断推进,人力成本的不断提高,水产养殖业也将不可避免地产生新的变革。在传统的虾蟹养殖模式中,水草的定期清理主要依靠人工打捞且易造成二次污染,严重影响养殖效益。为提高机械化与智能化水平,本文综合运用导航定位技术、全覆盖路径规划与路径跟踪控制技术、嵌入式和物联网技术,设计了一种适用于虾蟹养殖水域具有自巡航功能的割草船系统。主要工作包含以下四个方面:（1）为了满足虾蟹养殖的水草清理需求,设计了一种明轮驱动的割草船。对割草船的机械结构、组合导航系统、全覆盖自巡航控制系统以及上位机/APP监控系统进行了总体设计。主要完成了防水草缠绕的明轮驱动装置、往复式水草切割装置以及水草输送和铺平装置的机械设计。（2）针对割草船的航向角及经纬度检测易受环境等因素干扰,设计了一种IMU/DGPS组合导航系统。通过对IMU惯性测量元件的姿态测量方式进行分析,使用了基于四元数姿态解算的扩展卡尔曼滤波算法来提高姿态角的测量精度,并通过仿真验证了该算法的优越性;同时通过增设GPS基站接收机,利用载波相位差分导航方式,提高了割草船的坐标定位精度。（3）针对割草船的作业覆盖率低、重复率高、存在遗漏收割等问题,设计了一种全覆盖自巡航控制系统。为了解决割草船在转弯作业时遗漏收割的问题,使用内螺旋结合叉字形路径规划方式实现了割草船的全覆盖作业,并通过仿真验证了该方法的有效性。同时,设计了模糊PID航向/航速控制器,并配合插点算法及速度切换控制策略,实现了割草船的高效作业与安全转弯。（4）基于STM32系列芯片设计了控制系统软硬件试验平台,同时开发了远程监控软件。硬件设计部分主要包括了数据采集模块、明轮驱动模块、电源检测模块、无线传输模块与数据存储模块。基于硬件设计,从而对组合导航系统、船载控制系统以及远程监控系统进行了相关软件设计,并进行了试验。通过搭建明轮驱动试验样船,进行池塘实地试验。结果表明:割草船在远程监控平台下,能够生成全覆盖作业路径;在IMU/DGPS组合导航方式及控制算法配合下,能够实现航向、航速的快速响应。全覆盖自巡航割草作业的直线误差能够保持在0.08m以内,转弯的最大误差不超过0.35m,可以满足实际的作业需求。