海洋资源一直受到各国的重视,我国也提出了海洋强国战略,无人水面艇（Unmanned Surface Vehicles,USV）作为海洋探测的智能设备之一,在民用和军事领域都有着重大应用前景,成为了当下的研究热点。无人艇的航迹规划是实现自主航行的关键技术之一,智能化程度较高的航迹可提高无人艇航行时的安全性、稳定性、经济性和效率等。本文针对无人艇的航迹规划方法进行了研究,提出不同搜索空间及任务下的规划方法并进行了跟踪验证,主要的内容如下:1.建立了基于电子海图的全局地图并搭建了基于ROS的仿真平台。针对电子海图中提供的经纬度坐标不在平面内、会造成规划过程失真的现象,本文将其经过墨卡托投影转换成到二维平面。提取电子海图中的障碍物信息并将其处理成膨胀栅格地图。为保障各功能模块进行正常的数据通信,建立了基于ROS的仿真平台,后续的算法仿真、航迹跟踪验证都可基于此进行。2.进行了二维搜索空间下的无人艇全局航迹规划和平滑方法研究。针对基于二维搜索空间规划航迹的“锯齿”现象等问题,提出了增加领域扩展的数目和安全层数约束的改进A*算法。针对航迹不满足最大曲率约束问题,提出了基于二次规划的平滑算法。仿真结果表明,改进的A*算法可降低航迹的“锯齿”现象和转向次数。经过二次规划处理后的航迹能满足最大曲率约束的运动学特性,提升航行的安全性。3.开展了动态环境下的多任务航迹规划方法研究。针对动态环境下的多任务规划问题,提出了A*-LTP和改进蚁群算法的分层规划方法。针对动态障碍物影响航迹安全性的问题,提出了A*-LTPO算法。仿真结果表明,A*-LTP在加入了时间和能耗的启发项后,通过调整代价项的权重比,可实现不同的航行模式。分层规划方法在面对多任务的情况下能分配好任务执行的先后顺序,改进的蚁群算法能提升收敛速度并避免陷入局部最优。A*-LTPO算法可与预测的障碍物航迹保持最近距离限制,提高航行的安全性。4.完成了基于虚拟样机技术的无人艇航迹跟踪验证。针对实物验证航迹跟踪效果成本较高的问题,提出了基于虚拟样机技术的无人艇航迹跟踪验证方法,基于Gazebo建立无人艇的虚拟物理样机模型,并对涉及的模块进行了封装,提升无人艇的智能化水平。结果表明,在海流和风干扰的情况下,经过平滑后的航迹能提高无人艇航行时的安全性和稳定性,跟踪效果在多任务航迹上表现良好。