近年来,随着物联网、大数据、云计算、人工智能等新理念、新技术的突飞猛进,船舶的智能化水平不断地提高,船舶的发展也逐步朝着无人驾驶的方向发展。无人船作为一种可以实现完全自主航行的智能型船舶,不仅摆脱了传统船舶业对船员的限制,而且可降低由人为因素造成的船舶碰撞事故,对提高航运安全,促进整个航运业的发展具有重大意义。在这种背景之下,无人船的发展受到了各个国家的高度重视,如何根据有效的手段,为航行在水面上的无人船规划出一条合理的路径,以及如何处理无人船遇到碍航物时自主避障,已经成为了无人船发展的重点研究方向。基于上述需求,本文提出了一种基于人工势场的无人船航行自主避障算法,用于实现无人船航行时的自主避障问题。本文完成的主要研究工作如下:(1)研究了S57国际标准电子海图的数据模型和数据结构,提取出原始海图数据建立栅格化的航行环境模型,同时在考虑无人船船舶操纵性、IMO航线制定标准的基础上,提出了无人船航行全局航线规划方法,并通过电子海图显示与信息系统的航线检测功能,完成了生成航线的安全检测,为无人船的航行规划出一条切合航行实际需求的航线。(2)针对无人船避碰系统中目标船探测位置信息准确性不高、信息不完整的问题,具体分析了卡尔曼滤波原理和多传感器信息融合技术,采用了分布式卡尔曼的融合结构将AIS、雷达获取到的目标船信息数据进行融合,通过不同传感器数据之间的互相弥补,提高了无人船获取目标船信息的准确性和完整性,增强了无人船的环境感知能力。(3)针对船舶航行过程,对基于人工势场的无人船避碰原理和过程进行了分析,通过对势场中斥力函数和引力函数的改进,加入了障碍物的危险识别和船舶的自主复航功能,同时,结合船舶的操纵理论,构造了基于改进人工势场的无人船自主避障算法。(4)在嵌入式ARM平台上实现了无人船自主避障系统。