随着海洋技术发展需求的不断提高,无人水面艇（Unmanned Surface Vehicle,USV）作为一种智能化水面作业平台,具有可拓展性强、机动灵活且成本较低的优势,在军事与民事领域应用中扮演越来越重要的角色,其相关领域的研究也得到越来越广泛的重视。USV的自主导航系统是实现其智能化自主作业的关键,要求能够实现在复杂水面环境下USV的最优航迹的搜索计算,满足安全性、可行性与经济性等要求。本文的研究重点为USV自主导航系统的三个关键功能:全局航迹规划、碰撞危险度评估与局部航迹规划。通过梳理相关的研究成果与技术难点,提出了相关的改进方法。本文的具体工作包括:（1）提出了基于改进RRT算法的USV全局航迹规划方法。首先对环境障碍物区域进行膨化处理,保证了规划航迹与障碍物间的安全距离。接着针对传统RRT算法收敛速度慢且输出路径质量差的缺陷提出相应的改进方法。通过引入随机树搜索的目标导向机制解决了扩展盲目性的问题;通过结合双向搜索与可变步长策略提高了搜索效率;通过去冗余节点优化显著减少了规划路径的长度;基于运动本源法对路径进行转折点优化,提高了规划路径的可跟踪性。最后总结出完整的算法实现流程,并通过仿真与试验进行验证,结果表明本文改进RRT算法能够规划出满足USV的性能要求的全局航迹。（2）提出了基于模糊理论的碰撞危险度评估方法。首先对海事规则相关规定作总结叙述,为避碰策略的选取提供规则约束。接着分别对两船与多船会遇场景下的碰撞危险度评估模型进行构建。在两船会遇场景下采用主观的层次分析法对评估指标权值进行求取;在多船会遇场景下结合离差最大化理论的权值确定方法,基于主观结合客观与评估的悲观原则,并采用模糊规则推理碰撞危险度的等级。最后提出了完整的实现流程,完成了评估模型有效性的仿真验证。（3）提出了基于改进VFH与DWA算法的USV局部航迹规划方法。首先对USV的局部避碰阶段的触发条件作出规定,将本文碰撞危险度评估与局部航迹规划有机结合。接着在COLREGs海事规则约束、操纵性约束与安全性约束下提出了基于传统VFH算法的改进形式,将动态障碍物的碰撞危险度值作为直方图构建的关键参数,提出了基于预测的障碍扇区计算方式,并对核心代价函数进行了设计构建;提出了与DWA算法相结合的算法形式,对航迹跟踪方法进行选取。最后提出了本文完整的算法架构,基于Matlab平台完成了相关仿真验证,基于搭建的案例无人艇试验平台完成了相关试验验证。