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USV的巨大潜力使得世界上多个国家对USV的研究日益火热。在高度动态和不可预测的海洋环境里,为了提高水面无人艇自身安全性及执行任务的可靠性,对无人艇运动模态的实时监测很有必要。本文提出了水面无人艇运动模态实时监测系统的概念,有机结合多项硬件、软件系统构建了水面无人艇运动模态实时监测系统,对水面无人艇稳性、快速性、操纵性、耐波性等四项性能进行实时监测。设计并制作了一艘含有防飞溅条的新型水面无人艇,通过系列试验对所设计的水面无人艇运动模态实时监测系统分别进行了各项分系统、总系统的验证。根据该系统的设计思路制定了系统成功判定标准,并结合试验具体情况,判定所设计的水面无人艇运动模态实时监测系统工作正常,系统设计成功。具体工作如下:(1)就构建USV运动模态实时监测系统所要涉及到的方法、原理、硬件仪器、所需条件等方面,结合市场调查和大量的文献查找,进行了论证。论证结果表明本文设计的USV运动模态实时监测系统原理正确、方案可行。(2)提出了新型水面无人艇的选型依据和创新性设计,完成了艇模制作。分别给出了推进系统和操纵系统的详细设计和计算过程,确定了合适的主机、轴系、螺旋桨、舵叶和舵机。(3)构建了USV运动模态实时监测硬件系统。采用PAC作为艇载核心控制器,导航定位系统由DGPS和三维电子罗盘组成,姿态测量系统由激光测距传感器、微惯导系统姿态测量仪MTi构成,数据传输采用无线数传电台,能源系统主要采用24V磷酸铁锂蓄电池及变压器和1.5V5#电池组,数据分析系统采用PC电脑。笔者对各类设备和传感器的工作原理进行了较为详细的阐述,通过反复测试,该硬件监测系统可以满足需求。(4)构建了USV运动模态实时监测软件系统。包括:建立了USV稳性、快速性、操纵性、耐波性相关运动数学模型,基于遗传算法确立了快速性、操纵性、耐波性等性能研究的系统辨识模型并基于VB 6.0改编了系统辨识程序;基于VB.NET语言编写了USV运动控制、数据采集、数据传输等程序。对USV运动模态实时监测系统进行了试验验证。由于USV设备布置固定后,在航行过程中重量重心不会发生变化,故初稳性高度不会发生变化,所以对于水面无人艇稳性性能的实时监测以倾斜试验结果作为参考,文中通过倾斜试验计算得出了初稳性高度。分别进行了水面无人艇快速性、耐波性、操纵性各分系统的实时监测试验,验证了各分项监测系统能对所涉性能进行正常的实时监测。最后通过模拟USV在任务执行中可能会出现的航行情况,进行了水面无人艇运动模态实时监测系统总的试验验证。试验结果表明,所设计的水面无人艇运动模态实时监测系统成功。