机器人时代的到来,越来越多的智能机器人出现,这些机器人给人类社会带来了巨大的效益。随着无人配送车和无人机的大量商用化,计算机技术和通信技术的高速发展,无人船也将迎来发展黄金时段。国外无人船技术相对比较发达,国内无人船技术发展较晚,从2008年“天象一号”无人船出现至今,国内无人船技术虽有了较大的进步,并有部分无人船实现了商用化,但有人驾驶船舶仍是市场主流,原因在于无人船技术的不成熟。无人船的自主定位是无人船无人化的基础,良好的自主导航方法是无人船实现自身价值的第一步。传统无人船使用GPS完成自身定位,该方式定位精度有限且会因无人船卫星信号不佳导致定位失败。针对无人船定位与导航问题,本文在实际工程中,通过多传感器融合来实现无人船的准确定位,在GPS/IMU融合定位后,使用SLAM的方式将GPS/IMU和激光数据进行融合,做无人船的进一步定位及水域地图创建。在准确定位和高精度水域地图的基础上,给无人船设定多目标点,通过多次混合路径规划,实现无人船的自主巡航。本文的主要工作如下:(1)使用GPS/IMU松耦合的方式提高卫星定位的精度和稳定性。(2)在GPS/IMU定位基础上通过SLAM的方式进一步提高无人船定位精度和构建无人船环境地图。(3)在SLAM建图中,根据无人船实际工作区域的环境空旷、特征点单一且重复的特点,设计实验,并测试出传统二维激光SLAM在无人船水域地图创建方面的局限性。采用三维激光构建环境地图。(4)三维激光SLAM算法中,采用图优化的建图方式,将GPS/IMU融合得到的无人船位姿信息,封装作为odom(预测)边,融入graph中,三维激光点云回环检测得到的点云坐姿关系作为激光(观测)边融入graph中,最小二乘求解odom边与激光边的误差,得到无人船高精度的位姿估计,并实现了水面大范围环境的高精度三维地图创建。并根据无人船实际工作区域,将三维点云地图绛维转换为二维栅格地图,为无人船导航做准备。(5)依赖高精度的环境地图和无人船定位,并依据无人船的动力学特征,自主设计跟踪减速器,配合全局路径规划、局部路径规划,为无人船进行混合路径规划,并采用模糊抵达点的策略,为无人船设置多个目标点,完成无人船水面自主巡航工作。