海洋作业危险、肮脏、枯燥等特点日益凸显,使人类对无人船的需求日益提高,而高性能传感器、高带宽通讯和智能控制器等技术的进步为无人船的实现奠定了技术基础。目标探测与跟踪是无人船必须具备的能力之一,在海洋军事作战、海洋科学研究和海洋救援等领域具有广泛的应用前景。本文基于GNC架构完整构建了无人船目标探测与跟踪系统,并在案例三体船上完成了试验航行验证。系统软件系统包括7个模块,分别为数据预处理、数据分割、特征提取、数据关联、状态估计、静态地图构建和目标跟踪控制。数据预处理将激光雷达的原始数据转化为二维信息矩阵,降低了系统的计算规模;数据分割基于DBSCAN聚类生成相互独立的类簇;特征提取基于主成分分析提取各个类簇的特征;数据关联使用最近邻域算法在已知目标和类簇间建立一一对应的关系;状态估计使用卡尔曼滤波完成目标运动状态的预报和估计;静态地图构建将逐渐积累的静态障碍物信息保存;目标跟踪控制使用基于纯跟踪法的航向控制器控制船模跟踪目标航行。本研究实现了无人船的自主目标探测与跟踪,使无人船能够基于激光雷达对周围环境的扫描结果,探测到周围环境中的障碍物,并对具有一定特征的目标进行自主跟踪航行。