水面自航模是根据实际无人艇模型而设计的可控制小型水面船模。在实际科研中,通过对水面自航模的设计、控制研究是代替直接进行无人艇研究的有效手段。水面无人艇一般具有独立完成指定航线巡航的任务,但由于水面环境复杂比如实时海洋状况、其他舰船的航行相遇、无人艇前进航线上的固定障碍物等诸多因素,因此在完成指定航线巡航任务时,无人艇需要主动可控制的避开一些物体。在这些要求下,提高无人艇航迹跟踪控制的鲁棒性以及准确预警避障继而实现复航是当前船舶控制领域的热门研究方向。通过研究同类自航模实验,发现以单片机为控制器核心的硬件系统设计为主流方式,随着当前硬件技术水平的发展,单片机为控制器核心的系统设计方案已经稍显落后,本文采用目前备受热捧的Raspberry Pi作为控制器核心,设计一套新的自航模硬件系统,以应对模拟的复杂海洋环境。最终本课题选用了基于ARM11架构的Raspberry Pi作为系统下位机控制开发平台,该下位机采用了基于Linux内核的Raspbian系统,并且为此配备了包含Mti-G姿态传感器、APC802-43无线数传模块、直流伺服驱动器MLD3820等在内的新一代硬件器件。其次,该控制系统的自航模航行环境是一个2.5m*2.5m大小人工搭建的实验水池,该水池上方放置了一个用于捕捉自航模位置的摄像头。本课题在PC端开发了上位机控制软件,用于实时观察自航模位置、可视化自航模船速/航向角等状态信息以及发送控制指令,最终完成实验要求。本文在控制器算法设计上,采用了基于补偿角的滑模控制算法,然后根据实际环境的避碰需求提出符合实验环境的避碰方法,然后通过计算机仿真实验,验证滑模控制避碰方法的有效性,最后,根据设计建造的自航模,进行航迹跟踪控制的物理仿真实验,证明论文提出的滑模控制算法和避碰方法具有工程实用性。