地球上超过三分之二的面积被海洋所覆盖,蕴含丰富资源,各国愈发关注海洋资源的开发和利用。无人水面艇（Unmanned Surface Vehicle,USV）作为新型水面无人系统平台获得了广泛关注,并被应用到环境监测、海洋调查、安防救援等诸多领域。无人水面艇基于全局规划路径航行,并通过航海雷达或其它类型传感器实时感知周围环境的动态变化,需要依据感知的周围状态信息动态调整航迹点自主躲避障碍物。对于未知环境中存在障碍物快速近距离靠近无人水面艇的情况,本文对此进行了深入研究,主要研究内容如下:1)针对未知环境中无人水面艇近程反应式危险避碰问题,研究了传统动态窗口法（Dynamic Window Approach,DWA）和传统人工势场法（Artificial Potential Field,APF）两种典型避碰算法,设计了一种改进的DWA算法。通过预测障碍物运动轨迹,同时删除预计会发生碰撞的速度,以及修改距离评价函数,解决避让动态障碍物效果差的问题。另外,运用量子粒子群优化算法（Quantum Particle Swarm Optimization,QPSO）在动态速度空间集合中寻找最优速度,并通过引入规则评价函数,提高无人水面艇避碰过程中规则遵守程度,提高了航行过程中的稳定性、舒适性和安全性。2)针对人工势场法应用于无人水面艇自主避碰时存在的问题,通过改造引力和斥力势场函数,设计了一种改进的APF避碰算法使无人水面艇能够在遵守避碰规则情况下实现与动态障碍船的安全避碰。文中设计了既定航线对无人水面艇的引力,无人水面艇避让障碍船后可自主复航至先前航线。通过引入动态障碍物斥力影响范围确定不同速度障碍物对无人水面艇施加斥力时机,提高无人水面艇避碰动态障碍物的能力。结合无人水面艇操纵性能约束,输出艏向角,提高避碰轨迹平滑性和安全性。3)开展了基于小型无人水面艇的自主避碰系统试验。选取无人水面艇与障碍船在两种典型会遇场景下,进行自主避碰系统试验,验证文中改进的避碰算法的有效性。试验结果表明,面对突然出现的障碍船,改进避碰算法能够高效、安全的避让障碍船。