随着通信技术、人工智能、传感器等科技的发展以及国防现代化的推进,在军事和民用领域,无人船系统正处于高速发展阶段。而无人船能够实现自主化、智能化的首要前提是对周围目标的精确定位与姿态感知,也就是要实时获取目标的方位（方向、位置）。目前,目标的相对位置信息:方位角、俯仰角、距离已经满足不了无人船自主航行时的实际应用需求,需要得到实时准确的目标地理位置信息（经度、纬度、大地高）及姿态角（航向角）。进一步将其标定在电子地图上,以便无人船能在复杂的航行环境下自主完成避障、侦察监视、搜寻救助等相关任务。本文以无人船系统为应用背景,为解决无人船自主航行时对水面目标定位定姿问题,设计一种视觉加测距组合的转台式光电测量模块与GPS/INS组合导模块相结合的无人船目标方位测量系统。通过转台式光电测量模块获取目标相对无人船的位置信息,GPS/INS组合导航模块获取无人船载体位置和姿态信息。并提出一种自主地理定位定姿法,将上述模块输出信息与对应描述的坐标系相结合进行坐标转换,建立出目标从载体坐标系到WGS-84大地坐标系的地理位置和姿态解算模型。然后,对目标方位测量模型进行仿真实验,利用蒙特卡罗方法进行仿真程序设计,通过MATLAB仿真验证,结果表明系统在600m～1000m探测范围内目标地理位置测量精度为5m,姿态测量精度为0.3°。通过误差分析,得出无人船载体姿态角和转台输出角误差为测量精度的主要影响因素。最后,针对目标方位测量系统性能优化,提出一种基于小波变换和扩展卡尔曼滤波平均数自适应算法。其算法的基本思想是,将原始采样数据一边按照小波基进行多层次分解去噪,然后将去噪后的信号代入目标方位解算模型求得结果;另一边在目标方位测量模型基础上,进行扩展卡尔曼滤波建模递推出目标位置和姿态估计值;最后将两者结果求平均得出最优估计值。通过模拟水面航行实验与算法仿真,实验结果表明,基于小波变换和扩展卡尔曼滤波算法可以使系统对水面目标位置测量精度提高34.65%,姿态测量精度提45.45%,具有很好的精确性、稳定性和抗干扰能力,满足项目技术指标。本文研究的应用在无人船上的水面目标方位和动向感知测量技术,可为无人船在导航避碰、规划航线、地理测绘等方面提供信息支撑和服务。