在军事方面,科技的迅猛发展使海洋一体化防御体系日臻完善。这对主动攻击武器的突防能力构成了严重的威胁。因此,协同攻击作为一种能提高击中概率的重要手段,受到了广泛的关注。在民用方面,由于单航行器作业时,存在探测范围小、目标估计精度低和效率低等问题,使其难以完成复杂海洋环境下的多目标探测与围捕等任务。相对于单航行器系统,多航行器协作系统能更高效地完成这些任务,也能完成单航行器无法完成的任务。鉴于此,本文开展了基于欠驱动无人水面船(USV)的协同估计、协同导引和欠驱动控制的研究。主要研究工作如下:1)建立了欠驱动无人船的数学模型,介绍了基于费舍尔信息矩阵(FIM)的目标状态估计性能评价指标,多智能体信息一致性相关理论,以及考虑暂态性能约束的相关概念,为后续相关研究奠定了理论基础。2)研究了无人船协同估计问题。针对海洋环境下传感器观测方程非线性问题,设计了基于估计值一致性的分布式卡尔曼滤波(CE-DEKF)算法。在状态有界的假设下,利用李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论和随机稳定稳定性理论,证明了该算法的稳定性,并通过仿真验证了该算法的有效性。3)研究了无人船协同导引问题。针对仅有方位信息的导引问题,设计了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的比例导引方法,搭建了无人船实验平台,完成了湖上试验,验证了该算法和实验平台的有效性。在此基础上,考虑到多航行器的欠驱动动力学特性,针对最优观测配置下的同时攻击问题,构建了由剩余时间和FIM组成的代价函数,提出了基于模型预测控制的“多对一”同时攻击的导引方法,并通过仿真验证了该算法的有效性。4)研究了暂态性能约束下的欠驱动无人船轨迹跟踪控制问题。针对惯性矩阵和阻尼矩阵非对角形式的无人船模型,采用坐标转换将其化为惯性和阻尼矩阵对角形式的动力学模型;利用神经网络实时估计外界未知干扰和模型不确定,同时利用反步控制策略,提出了暂态性能约束下的全状态反馈欠驱动无人船控制方法;在此基础上,针对无人船速度不可测问题,设计了基于高增益观测器的输出反馈控制律,通过仿真和实验验证了所提算法的有效性。