随着各国对海洋经济权益的不断重视,海洋装备的发展越加重要,水面无人艇以其成本低、作业效率高、可替代人工避免人员伤亡等优势成为了研发的热点。本文以一种常规细长型三体无人艇作为研究对象,建立了包括快速性、操纵性、耐波性和稳性四种航行性能的综合性能优化数学模型,结合现已成熟的几种智能寻优算法改编了适用于该艇的综合优化程序,进而利用多种优化算法和改进策略进行了优化计算,得到了最佳优化计算结果。之后为了进一步研究优化设计后三体无人艇的航行性能,以及寻求更适合于评判三体无人艇快速性、操纵性,尤其是耐波性的优化目标函数,进而对三体无人艇三种航行性能的系统辨识进行了初步研究,分别建立了相应的系统辨识数学模型,组合开发了整套试验系统并重新编写了系统辨识软件。最后根据优化结果,利用母型船改造法和相似理论制作了半自主自航试验艇模,使用该艇模进行了相关的性能试验,获取了所需的试验数据,进而在系统辨识软件上对试验结果进行了辨识计算分析与验证。具体研究工作和成果如下:（1）从设计需求、用途及航区、航速、续航力以及设计排水量等角度进行了综合考虑,对所设计的三体无人艇进行选型论证,选择了合适的主艇体和侧体艇型,对侧体的布局也进行初步设计,并利用响应面拟合对该艇的剩余阻力系数、静排水量等多种参数进行拟合,构建了艇型及阻力数据库。（2）基于本文所设计的三体无人艇艇型,分别建立了快速性、操纵性、耐波性和稳性的优化目标函数,选取了合适的等式与不等式约束条件,确定了所要优化的设计变量,并建立了惩罚函数和适应度函数以便于计算,最后利用幂指数乘积的方式构造了综合性能优化数学模型。（3）在对遗传算法、混沌算法、粒子群算法、复合算法以及两种改进策略进行研究与分析的基础上,结合所建综合性能优化数学模型改编并搭建了适合的优化计算软件;对多种优化算法的最佳优化计算方案和优化计算结果进行对比分析,确定了最佳优化算法和计算方案,得到了最佳优化结果。（4）建立了三体无人艇快速性、操纵性以及耐波性的系统辨识数学模型,确定了各辨识参数和所需试验获得的数据;根据优化计算结果制作试验艇模,对试验艇模的推进与操纵系统进行了设计与组装,并根据辨识所需试验数据开发了试验系统以及系统辨识软件。（5）对试验艇模进行了快速性和操纵性试验,获得了试验所需数据,进而利用系统辨识软件进行了辨识计算,得到了各辨识参数的数值,并进行了验证分析,既证明了系统辨识数学模型的合理性,也验证了所开发的试验系统和系统辨识软件的可靠性。