(1)研究背景

水面无人艇是因军事作战海事监管巡航海洋环境监测等需求应运而生的新型智能水面航行艇常被用来执行在复杂多变的海洋环境中特殊的不适合有人船只完成的任务。它集速度快安全性高多功能一体化等特点于一身可实现快速高效准确完成任务的要求，在复杂多变的海洋环境中水面无人艇安全航行顺利完成各项任务的一个重要的前提就是水面无人艇能够实现避碰功能。作为水面无人艇研究的核心技术之一水面无人艇的避碰不仅从一定程度上反映了水面无人艇智能化水平的高低也是水面无人艇实现自主安全可靠航行的关键技术之一，水面无人艇避碰技术包括无人艇全局路径规划和局部避碰，水面无人艇的全局路径规划主要解决水面无人艇定位和路径跟踪问题。水面无人艇在已知任务的起始点和目标点的情况下根据任务的要求时间最少距离最短或者安全性最高等规划出一条无碰可航路径，在进入某水域前全局路径规划已为水面无人艇规划出在该水域安全可航的路径这为其快速灵活安全地航行提供了基础，水面无人艇在航行及执行任务过程中可通过航行前的全局路径规划和航行过程中的局部避碰实现航线整体实时设定完成无人艇的安全快速航行及正常执行相关任务的要求。

（2）国内外研究现状

进入21世纪，随着通信、人工智能等技术的发展，制约无人船艇发展的诸多技术瓶颈得以部分解决，各国加大了无人船艇的研发力度，无人船艇迎来了一段高速发展期。

美国海军水下作战中心联合RadixMarine公司、NorthropGrumman公司和Raytheon公司于2002年起合作开发“斯巴达侦察兵”（SpartanScout）号无人艇。其目标是研发具有模块化、可重构、多任务、高速、半自主航行的无人船艇。“斯巴达侦察兵”是一艘可充气的硬质船艇，船长11m，航速可达50kn。目前能够完成情报收集、监视和侦察、反潜、精确打击等任务。以色列拥有丰富的无人船艇研制技术。由以色列研发的“保护者”（Protector）号无人艇于2003年向以色列国防军交付。“保护者”是一艘硬壳充气艇，船长11m，船速可达40kn，加载了前视红外传感器、照相机/摄像机、激光测距仪、搜索雷达、关联跟踪器等。在武器方面搭载了机枪、自动榴弹发射器、计算机火控系统等一套综合无人作战系统。“保护者”采用模块化设计，并考虑了隐身性，在建造时大量使用碳纤维及轻质复合材料取代传统的钢材料以减轻艇体重量。该艇性能优越，无人船艇技术在军事和民用领域已具备相当高的水平。随着无人驾驶技术的快速发展及应用领域的不断扩大，无人驾驶船舶正朝着商业化、大型化发展，规模更大、复杂度和安全要求更高的无人驾驶远洋货船的研制越来越成为可能。作为全球最大的发动机制造商和船舶设备供应商之一，英国罗尔斯·罗伊斯公司确信，无人驾驶船舶是未来船舶的发展目标和方向，终有一天会取代人工驾驶船舶。2014年3月，一艘2200m3的无人驾驶液化天然气驳船获得美国船级社批准建造，将用于美国沿海水域船对船的LNG转运或LNG散装运输。

2. 研究的基本内容与方案

一、研究内容

（1） 收集国内外无人艇静态轨迹规划系统的优化策略，分析和总结各种算法的优缺点；

（2） 建立无人艇预定运行路径沿途的外部环境的数学模型；

（3） 根据动态优化算法原理，设计一种无人艇静态轨迹规划算法，使无人艇既能够遵守通用的海事规则，又能够兼顾安全性、经济性，保证无人艇的运行安全；