近年来,随着国家海洋战略的推进,对多功能、智能化的无人船需求愈加强烈。各研究机构及企业也逐渐开始重视对无人船的研究。然而,目前虽然在理论研究上,我国已经与国外差距不大,但是在应用的深度和广度上还有较大的差距。因此,开展对无人船实物的研究,既有助于验证当前的理论成果,也有利于加速应用化转型。针对这一需求,本文设计并实现了一个无人船试验平台,并利用该平台对船舶的路径规划算法、动力定位系统做了研究。现将本文的主要工作描述如下。(一)、搭建了一个高可用,扩展性强,功能齐全的无人船试验平台。本文对平台应具备的功能做了详细分析,并从架构层面给出了软硬件实现方法。我们的平台包括了欠驱动和全驱动两个类型的无人船,针对两种船不同的特性和应用场合,我们做了特殊化的设计。为了降低开发量,提高系统可维护性,我们实现了异构下位机的情况下上位机的复用。(二)、实现了并行的快速扫描法,并将其用于平台的路径规划。本文从收敛性和算法效率方面,对比了快速行进法和快速扫描法在路径规划上的应用。确定选择快速扫描法作为基本算法实现平台的路径规划功能。在此基础上,引入平方快速扫描法解决了路径距离障碍物过近的问题,并考虑欠驱动船舶的操纵性限制获取更为可行的路径。针对全局最优路径规划运算量大的问题,我们继续深挖快速扫描法的潜力,发现可以通过改变遍历方式赋予其并行性。我们提出了一种新的遍历方法,并基于这个方法实现了并行快速扫描法,充分利用现代计算机多核的优势,极大地提升了路径规划的实时性。(三)、为欠驱动无人船设计了自动化的Z形试验,相对于传统的人工进行的Z形试验,具有转艏及时、精度高、工作稳定、可复现的特点。经过湖试,证明了该功能的效果,并且利用试验数据得到了该船的一阶Nomoto模型。(四)、为全驱动无人船上实现了动力定位功能,该功能包含了滤波、控制和推力分配三个核心算法。我们采用无迹卡尔曼滤波实现了对高频运动和噪声的分离以及对速度的估计,然后基于该船的船体和动力特点设计了控制算法和推力分配算法,最后通过湖试说明了动力定位的效果,也综合测试了整个平台软硬件的可靠性和算法的可行性。