无人水面艇（Unmanned Surface Vehicles,USVs）作为开发和探索海洋的重要工具之一,常用于执行边界巡逻,目标监视,扫雷反潜,鱼群探测,地图测绘等任务,逐渐成为国内外学者研究的热点和焦点。在无人水面艇的研究中,由于无人艇在自主靠泊过程中模型不确定性较大,且在靠泊过程中,无人艇受风、浪、流干扰较大,系统信息量增多,难以操控和控制。因此,自主靠泊是较为困难的一环,同时也是实现无人水面艇全自主作业的最后一环,具有重要的研究意义。本文对无人水面艇的自主靠泊问题进行了研究,主要内容如下:1.介绍了无人水面艇的惯性坐标系和附体坐标系,分析了其运动学特性和动力学特性,并建立了其六自由度数学模型。结合无人水面艇的实际应用情况,将六自由度模型简化为三自由度模型,以此减小了控制难度,为后文的控制器设计做铺垫。2.研究了无人水面艇自主靠泊技术中核心的路径规划问题。文中将靠泊环境分为两种:无障碍物的靠泊环境和存在障碍物的靠泊环境。对于无障碍物的靠泊环境,无人水面艇自主靠泊时,引入泊位对无人艇的姿态约束。针对当前路径规划研究中,大多规划路径曲率不连续不符合无人艇的动力学特性的问题,设计了Dubins-RRT算法,该算法通过引入Dubins曲线路径平滑,在RRT路径规划算法基础上得到了曲率连续的规划路径。另外,通过固定起始点和终止点的位姿,同时满足了无人水面艇的动力学特征和姿态约束;对于存在障碍物的靠泊环境,采用了Dubins-RRT算法进行路径规划,同时保证了无人艇的动力学特征和避障能力。通过仿真,在预设靠泊环境中得到了所规划的路径,证明了这两种方法的有效性。3.针对所规划的路径,设计了相应的路径跟踪导引律和控制器。使用虚拟目标法设计无人水面艇的制导律。针对无人水面艇在自主靠泊时模型存在不确定项的问题,设计了相对应的有限时间扰动观测器,对无人水面艇动力学模型和运动学模型中的不确定项进行了观测。用了非奇异滑模控制器,保证了被控对象能够在有限时间内达到收敛。最后,根据第三章的路径仿真结果设计了实船的路径跟踪实验。在存在风,浪等环境干扰的情况下,无人艇依旧可以跟随所规划的路径,以此证明了控制器的鲁棒性。