随着人口数量的增加,随着科学技术的快速发展,最初人们探索资源的目光仅仅停留在陆地上,而如今很多人把目光由陆地转向海洋。为了能有效地利用海上资源,很多学者对海上技术作了大量的研究,比如：海底铺管、水下机器人、海上船舶运动等。因此,目前有很多理论性成果,如：船舶动力定位、水下机器人运动规划、轨迹跟踪等。本文在学者们研究的基础上,主要对船舶作了深入的研究。本文从三个方面对船舶进行了研究,首先对船舶的研究领域以及船舶的系统结构作了详细阐述；其次根据实际生活的需要,对船舶的编队方法进行了介绍,同时也提出了本文的编队控制方法；最后,考虑船舶运行环境的复杂性,对船舶的避障控制进行了研究,并且也提出了本文的避障控制方法。其本文做的研究内容与主要工作如下：1.船舶最优轨迹跟踪的研究针对船舶轨迹跟踪问题,本文基于Back-stepping的方法,提出了最优跟踪的思想,即采用点到期望直线的最短距离方法寻找最优跟踪点。让船舶跟踪所选择的最优跟踪点,达到船舶最优轨迹跟踪的效果。通过MATLAB仿真与分析得知：在动态环境下,本文所提出的方法能达到较好的轨迹跟踪效果。2.船舶编队问题的研究针对船舶编队问题,本文基于Leader-follower的编队控制方法,采用最优跟踪直线编队的思想编队,即：使Leader按最优跟踪思想进行轨迹跟踪,用Leader-Follower的控制方法使Leader与Follower在前进中保持一定的队形；考虑到船舶运行环境的复杂性,提出了编队过程中进行抗干扰,即：设计辅助的控制信号,用来补偿外界环境对系统的扰动。通过MATLAB仿真与分析得知：在动态环境下,本文所提出的方法能达到较好的编队效果。3.船舶避障问题的研究由于船舶运行环境的复杂性,为了使船舶能顺利的到达目的地,针对船舶避障问题,本文基于人工势场法,并在其改进的人工势场法中添加模糊规则进行避障,模糊规则的添加解决了人工势场中局部极小值的问题。通过MATLAB仿真与分析得知：在动态环境下,本文所提出的方法能达到较好的避障效果。