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水面无人艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)是一种能够自主航行并完成任务的水面舰艇,在军事作战、维护海域安全、海洋资源勘测、环境监测等领域应用前景广泛。控制作为无人平台的核心显得尤为重要,无人艇的运动控制主要包括航速与航向控制、航迹控制、路径规划、避障控制、编队协同等,其中航迹控制是水面无人艇能够自主作业的前提,也是无人艇智能控制的核心之一。本文以实际工程应用为研究背景,对无人艇航迹控制进行了以下研究:首先,根据无人艇实际航行过程中受到风、浪、流、遮挡等环境干扰情况,对GPS信号有效和无效两种情况下航迹控制分别进行分析,GPS信号有效时采用改进的LOS航迹控制算法,无GPS信号时配合惯性导航完成航迹控制,并设计了一种自适应切换目标点的方法。其次,对无人艇航迹运动控制算法进行研究分析,由于无人艇实际航行过程会受到多种环境干扰,本文采用了在线机器学习与PID控制器结合的控制算法,可根据环境变化实时在线调节参数。并结合无人艇的运动数学模型、舵机模型和环境干扰模型进行航迹仿真实验,实验结果表明设计的算法能够满足无人艇航迹要求且航迹贴线精度较高,舵机并未出现频繁摆舵现象,验证了算法的可行性。最后,在自主可控平台上实现了本文设计的航迹控制算法,硬件基于国产芯片龙芯1C,软件基于国产嵌入式实时操作系统RT-Thread。分别在扬州芒稻河和日照万平口泻湖进行了22.5公里和5公里的航迹控制试验。试验结果表明本文设计的无人艇航迹控制系统能够满足实际河道湖泊环境下的航迹控制,且航迹控制精度较高,试验航迹偏差均值为0.1～0.3米,方差为0.03～0.1,具备较强的抗干扰能力和自调节能力,满足实际工程项目的要求。