现如今,随着人口增长及工业快速发展,陆上资源日益衰竭,人们愈发关注对海洋资源的开发和利用。无人艇作为一种海上新型智能化设备成为国内外学者研究的热点。在军用以及民用方面无人艇都有广阔的发展前景。无人艇可以自主有效地对碍航物进行规避是其顺利完成任务的条件。本文深入研究了在动态障碍物环境下无人艇的避碰方法,论文的主要研究内容如下:首先,研究了无人艇避碰领域的相关理论,分析了具体的避碰流程,并结合海事规则探讨了无人艇避碰过程中的约束条件以及不同会遇情况下应当采取的避碰行为。结合空间碰撞危险度和时间碰撞危险度,建立了无人艇碰撞危险度模型,来实时判断是否会与碍航物发生碰撞危险,并通过实例结果来验证碰撞危险度模型的正确性。建立了无人艇三自由度运动模型,通过直航和回转试验检验了其操纵性,为后续设计无人艇避碰控制律奠定基础。其次,针对无人艇航行区域内已知的静态障碍物以及未知的动态障碍物规划避碰设计了一种分层结构的避碰策略。在静态已知障碍物的环境中采用了改进的带有自适应动态权重的PSO算法实现最短路径的全局规划避碰路径;在带有动态障碍物的环境中采用改进的人工势场法,通过对引力函数及斥力函数的构造解决了可能出现的局部极值及GNRON现象,实现了局部动态避碰;通过分层结构的避碰策略将全局规划避碰与局部动态避碰协调结合,得到一条复杂环境下的避碰安全路径。通过不同会遇态势以及复杂环境中的避碰仿真验证了分层结构的避碰策略在各种环境中都有良好的避碰效果。最后,针对动态障碍物环境下采用的改进人工势场法没有考虑无人艇动力学约束的不足,设计了基于改进动态窗口法的反步避碰控制算法。该算法基于制导-控制框架,先采用改进的动态窗口法进行动态障碍物环境下的路径规划得到安全路径,然后针对无人艇动力学特性采用反步法进行避碰控制律设计,最终实现在复杂环境中对动态障碍物的避让。改进的动态窗口法将速度障碍集合融合到动态窗口法的速度矢量空间中,提升了动态窗口法对预测轨迹评价寻优的效率。针对无人艇欠驱动的特性,选取Lyapunov函数分别设计了反步艏向控制器和反步速度控制器,实现对避碰路径的实时跟踪。仿真结果验证了改进的动态窗口规划算法和反步避碰控制律能够在对复杂环境中的动态障碍物实现自动避让。