我国一直重视海洋领域的发展,近年来在新时代的强军背景下,水面无人艇作为智能海洋机器人由于其具有的自动化、智能化、体系化、信息化的特性受到众多的关注与研究,同时无人艇编队航行军事作业也是今后海洋军事作战任务的重要发展方向。本文旨在研究水面无人艇单艇以及集群的路径规划问题,并开发设计一套水面无人艇集群系统以验证算法的可行性。本文主要开展了以下几个方面的研究:针对无人艇航行区域地图建模问题,采用栅格法来完成对地图信息的描述。经栅格法完成对地图环境的建模以后,地图环境信息将以数组的形式保存在计算机中,为后面的路径规划算法奠定基础。针对无人艇单艇的路径规划问题,采用改进与优化后的RRT路径规划算法。仿真结果显示改进后的算法能有效提高其算法的效率,优化后的算法能使得路径规划算法更符合实际路径且能缩短规划出路径总长度的距离。针对无人艇集群的路径规划问题,采用虚拟结构法与人工势场法相结合的方法。将无人艇集群看成一个虚拟的刚体,然后在势场的作用下从起点航行到终点。本文还对人工势场法进行了改进,并解决常见的目标点不可达以及局部最优解问题。在上述理论研究的基础上设计无人艇集群的软硬件系统,软件系统包括岸站的地图显示软件和集群监控软件以及艇上的集群控制软件、路径避障规划软件和舰载控制器软件;硬件系统包括岸站部分与集群部分,其主要包含通讯、定位、控制、供电以及推进这五个模块。最后完成无人艇集群系统的调试与湖面试验,验证了本文单艇以及集群的路径规划算法的适用性,同时也验证了集群系统的稳定性。