随着工业资源获取途径重心逐渐转向海洋以及工业趋向自动化、智能化，智能海洋设备的研究成为海洋强国发展战略中重要的一环。水面无人艇(Unmanned Surface Vehicle USV)作为智能海洋设备中一种，能够借助自身搭载的传感器感知环境信息、建立作业环境模型，可在复杂、恶劣的水域按照预设任务进行作业。USV面向各种类型的海洋作业，包括执行区域巡航监控、浅海区域测绘、水质检测、海面局部污染源分析等任务。路径规划系统作为USV智能化的重要技术，实现USV在各种条件下的海洋环境中安全、高效率地执行导航任务。因此，对于智能化USV，路径规划系统有重要的研究意义。
　　基于上述背景，本文以实现适用于USV的、模块化的路径规划系统为目标展开研究，提出USV的路径规划系统架构并基于机器人操作系统(Robot Operating System ROS)实现，在ROS环境下对实现的路径规划系统中的核心单元：全局路径规划器、局部路径规划器以及规划总线进行仿真验证，同时移植规划系统到USV实物，通过实际实验测试规划系统，为USV通用路径规划系统的设计提供了有意义的参考。
　　首先，本文以ROS移动机器人导航系统为参考，分离系统中实现路径规划任务的核心单元与为核心单元提供必要参数信息的辅助单元，分析核心单元中包含的组件功能及组件之间的关联，以及各辅助单元的具体功能和为核心单元提供的参数。之后，根据USV与一般轮式移动机器人在实现路径规划和导航中的共同点和差异，保留必要的辅助单元，对不适合直接采用的辅助单元提出新的实现或改进，提出完整的基于ROS环境的USV路径规划系统架构。
　　其次，总结、对比了多种类应用广泛的机器人路径规划算法和改进后沿用于USV的路径规划算法的原理及特点，针对USV的具体实现和运动约束特征，选择合适的路径规划算法并进行改进。之后结合USV导航的实现特点，定义USV导航过程中的状态，设计根据USV导航状态调度路径规划器、实现全局路径的规划以及局部避障的规划器调度逻辑。
　　接着，详细分析了规划系统必要的辅助单元的设计与实现，包括用于描述USV作业环境和USV空间状态的二维代价地图模型，为规划系统核心单元提供作业环境的全局地图信息的地图服务器以及实现USV在作业环境中的定位、为规划系统核心单元提供USV位置信息的里程计与定位滤波器，同时结合USV的上层控制实现，对地图服务器进行了改进，增加地图加载器模块以实现从上位控制单元中获取环境全局地图。
　　最后，基于ROS环境内置的仿真器Gazebo和Rviz，采用turtlebot仿真套件对路径规划系统的核心单元组件进行了仿真测试，通过仿真结果分析了全局规划器、局部规划器和规划总线的可行性和可靠性。之后将系统移植到由克罗地亚萨格勒布大学水下系统与技术实验室(LABUST)研发、H2O-Robotics公司生产的ROS水面无人移动平台H2OmniX，对规划系统的核心单元组件进行了实验测试，同时分析了采集的实验数据，进一步验证提出的基于ROS的USV规划系统的可行性。