无人艇广泛运用于海洋勘察开发、岛礁补给、海洋环境监测等领域,随着近年来无人艇应用领域的进一步扩展,对无人艇在复杂海洋环境下自主航行性能稳定性的要求也越来越高。然而目前对于无人艇自主航行性能的测试存在着两个方面的问题,一是无人艇在整体应用之前,面向不确定复杂环境下测试存在着极大的风险;二是实际测试场中难以随时提供所需风浪流影响下的测试环境。因此,本文以“基于风浪流耦合模型的无人艇自主航行性能虚拟测试技术研究”为题,建立无人艇风浪流耦合运动模型,采用CFD（Computational Fluid Dynamic）方法预报无人艇水动力性能与风载荷特性,然后在ROS（Robot Operating System）环境下设计无人艇性能测试虚拟系统,并开展无人艇自主航行性能的虚拟测试实验。论文的主要工作包括:（1）针对无人艇自主航行性能虚拟测试需求的分析,建立了虚拟测试平台的总体框架。首先确定无人艇运动坐标系与固定坐标系的转换关系,然后构建了无人艇流体惯性力、流体粘性力、螺旋桨上的流体动力方程组,并与风浪流的环境扰动因素相融合,建立了无人艇风浪流耦合运动模型。最后以典型船模KCS（KRISO Container Ship）为例,预报得到的阻力系数偏差均在5%以内,验证了风浪流耦合运动模型的可行性和准确性。（2）为了实现对无人艇运动特性的快速预报,通过所建立的无人艇风浪流耦合运动模型,在网格的无关性验证基础上,分别开展了无人艇的斜航运动、旋转臂运动、直航运动和风载特性的数值计算,进一步根据多离散点的数值计算结果,进行回归分析,推导了无人艇运动方程中的水动力系数。（3）通过分析无人艇自主航行性能虚拟测试的需要,设计了测试虚拟系统的软件框架。首先,在ROS的环境下搭建了无人艇三维模型,并基于实际海浪谱生成了三维航行场景;然后,基于所构建的无人艇风浪流耦合运动模型及预报的水动力与风载特性,设计并实现了无人艇自主航行性能测试虚拟系统。（4）该测试虚拟系统包括虚拟环境模块、虚拟运动模块、虚拟传感器模块以及三维可视化模块等。在ROS的环境下通过实际海浪谱与Gerstner波相结合生成了三维航行环境;通过设计无人艇航行的动力插件,在测试虚拟系统中体现无人艇风浪流耦合运动模型及预报结果;针对无人艇上四种典型的传感器信息,将实际传感器虚拟化,并给出了虚拟传感器信息的模拟方案;通过无人艇运动的三维可视化设计,实现虚拟测试过程的直观显示与分析。（5）在风浪流耦合运动特性预报与测试虚拟系统的基础上,实现无人艇与测试虚拟系统的虚实交互,搭建了无人艇自主航行性能虚拟测试实验平台,并从感知和环境干扰方面验证了虚拟测试平台的有效性,最后针对某实际无人艇开展了自主航行性能的虚拟测试实验,依据设定指标的评价结果表明虚拟测试实验平台能够实现无人艇自主航行性能虚拟测试的功能,包括获取无人艇航行的感知信息、模拟无人艇在风浪流影响下的运动与航行过程可视化等,可为无人艇自主航行性能测试与评价提供新的手段。