海上碰撞一直是影响船舶航行安全的重大问题。国际海事组织IMO在1972年提出了《国际海上避碰规则》即COLREGs规则,旨在规范不同船舶在会遇过程中的操作行为,最大限度的降低碰撞危险。随着近年来无人船技术的持续发展和逐步应用,船舶自主避碰系统的研究越来越受到各方关注。其中,轨迹规划的目标是在障碍物环境中根据船舶操纵特性及COLREGs规则完成最优安全轨迹的搜索计算,获得一条无碰撞危险的、动力学可行的、满足航行规则的规划轨迹来引导船舶航行。这是自主避碰系统的核心功能。本文围绕船舶自主避碰系统展开研究,通过梳理相关的理论基础和技术难点,将研究目标设定为同时考虑静态障碍物约束、操纵性约束、COLREGs规则约束、计算实时性约束的最优轨迹搜索算法研究。针对一条案例三体船构建了完整的自主避碰系统,开展了多种障碍物场景下案例船自主避碰的仿真模拟和航行试验,验证了本文所提避碰轨迹规划算法的有效性、实时性、优越性,具有重要的学术价值和工业应用前景。本次研究在以下几个方面获得了创新性成果:建立了全耦合的慎思型规划算法,可以在全局规划中同时满足静态障碍物约束、操纵性约束、COLREGs规则约束、计算实时性约束并实现全局最优轨迹的搜索;建立了全耦合的反应型规划算法,可以在局部规划中同时满足静态障碍物约束、操纵性约束、COLREGs规则约束、计算实时性约束并实现局部最优轨迹的搜索;构建了全耦合慎思型规划器与全耦合反应型规划器并行的架构,在不同障碍物情形下都能保证避碰规划轨迹的可行性、有效性和优越性;成功实现了案例船自主避碰系统的仿真模拟和航行试验,从多方面充分验证了本文所提自主避碰轨迹规划方法的有效性、稳定性和实时性,对后续研究和未来应用具有重要意义。