本发明提供了一种基于目标计算的船舶动力定位系统非线性无偏预测控制方法。该方法包括：考虑风、浪、流造成的低频环境干扰影响，建立动力定位船舶非线性离散时间状态空间模型；以外加干扰作为扩展状态，建立包含附加干扰的扩展状态观测模型，采用无迹卡尔曼滤波算法，对状态和干扰进行估计；基于当前时刻参考输入信号rk和干扰估计值计算对应的稳态目标状态xs和目标输入us；基于不含干扰的动力定位系统标称模型，定义带输入约束的无偏NMPC最优化问题，求解得控制时域内的最优控制输入序列，并将序列的第一个元素作用于系统，得到当前时刻的控制输入uk。本方法能使受环境干扰的动力定位船舶无偏跟踪设定船位或航线，提高动力定位系统控制精度和鲁棒性。