本书在系统地介绍无人艇发展概况及系统架构等基本知识的基础上，着重介绍水面无人艇智能感知与导航技术。全书共6章，第1章着重介绍无人艇的发展概况和关键技术；第2章主要介绍无人艇的艇体设计及系统架构，并阐述无人艇感知系统；第3章为基于视觉的无人艇感知技术，主要介绍水面目标检测与跟踪算法；第4章主要介绍基于激光雷达的无人艇感知技术；第5章主要介绍无人艇路径规划技术；第6章主要介绍无人艇算法的训练与测试。本书适合作为高等工科院校电子信息工程、自动化、船舶与海洋工程专业高年级本科生、研究生的教材，同时可供对无人艇控制、智能导航比较熟悉且对无人系统虚拟仿真训练有所了解的开发人员和研究人员参考。

周治国，北京理工大学集成电路学院副教授，毕业于北京理工大学通信与信息系统专业。南京领军型科技创业人才，中国高科技产业化研究会智能信息处理产业化分会理事，中国造船工程学会竞赛委员会委员，全国海洋航行器设计与制作大赛首都赛区负责人。长期从事智能无人系统感知与导航技术研究，针对无人航行器感知与导航研究了信息融合和自主避障算法，从开源、积累、基准角度提出了一套适用于科研、教学和工程全流程的算法泛化性评测方法。有一定原创性和先进性，可有效评估筛选出适用于实际场景的算法。研究获得多项国防装备预研基金支持，已与相关研究所开展无人系统巡检工程验证，成果发表在自动化学报等期刊并申请了专利。获多项省部级教改项目支持，参加国家级赛事并多次奖项。2021年获校优秀教育教学成果二等奖，2022年获中国造船工程学会科技进步三等奖。

第1章 无人艇概述 1
1.1　智能无人系统 1
1.1.1　无人艇简介 2
1.1.2　优势与特点 2
1.2　无人艇的发展概况 3
1.2.1　国际发展概况 3
1.2.2　国内发展概况 6
1.3　无人艇的关键技术 9
1.4　本书内容简介 11
参考文献 12
第2章 无人艇设计与实现 13
2.1　无人艇艇体设计 13
2.1.1　技术参数 14
2.1.2　船只结构与岸基设备 15
2.2　无人艇系统架构 16
2.2.1　软件架构 16
2.2.2　通信架构 17
2.2.3　电气系统架构 17
2.3　无人艇感知系统 18
2.3.1　定位 18
2.3.2　姿态测量 19
2.3.3　雷达感知 19
2.3.4　视觉感知 20
2.4　无人艇信息监控中心 21
2.4.1　航控与航线界面 22
2.4.2　电力与灯光界面 28
2.4.3　拍照与录像界面 29
2.4.4　文件列表与系统设置 30
2.5　其他无人艇简介 32
2.5.1　USV120 32
2.5.2　USV100 33
参考文献 34
第3章 基于视觉的无人艇感知技术 35
3.1　现有水面目标检测算法 36
3.2　水面高效实时小目标检测 37
3.2.1　算法结构 38
3.2.2　数据集构建 41
3.2.3　实验与分析 45
3.3　水面高光照场景下的目标检测 51
3.3.1　算法模型及原理分析 51
3.3.2　数据集构建 58
3.3.3　实验与分析 60
3.4　水面目标跟踪 63
3.4.1　相关滤波理论 64
3.4.2　跟踪算法的基本流程与尺度自适应改进 65
3.4.3　检测跟踪融合算法设计 66
3.4.4　实验结果分析 70
参考文献 71
第4章 基于激光雷达的无人艇感知技术 75
4.1　基于3D激光雷达的水面目标检测算法 75
4.1.1　点云目标检测网络VoxelNet算法设计 75
4.1.2　算法评价指标 78
4.1.3　面向水面环境算法的优化及验证 79
4.2　多传感器融合方案及实现 82
4.2.1　传感器数据融合方案设计 83
4.2.2　传感器数据空间标定实现 86
4.2.3　D-S证据理论 90
4.2.4　实验验证与分析 91
4.3　基于融合算法的水面目标检测 93
4.3.1　基于3D激光雷达的目标检测算法的验证与分析 93
4.3.2　激光雷达与视觉传感器数据融合的验证和分析 99
4.3.3　小结 101
参考文献 101
第5章 无人艇路径规划技术 102
5.1　全局路径规划 103
5.1.1　全局路径规划分析 103
5.1.2　全局路径规划算法 106
5.2　局部路径规划 111
5.2.1　基于避障的方法 111
5.2.2　基于模型的方法 112
5.2.3　基于深度强化学习的方法 112
5.2.4　基于COLREGs的无人艇动态避障算法 121
参考文献 139
第6章 无人艇深度强化学习算法仿真训练平台 140
6.1　仿真训练平台的设计与实现 140
6.1.1　航行环境模块 141
6.1.2　无人艇模型模块 143
6.1.3　环境感知模块 145
6.1.4　数据通信模块 148
6.1.5　导航避障模块 149
6.1.6　运动控制模块 149
6.2　系统参数辨识验证 149
6.2.1　运动参数采集实验 150
6.2.2　无人艇旋回实验 150
6.2.3　无人艇紧急制动实验 152
6.3　算法的训练、测试与部署 153
6.3.1　实验环境设置 153
6.3.2　算法训练实验 154
6.3.3　算法测试实验 157
6.3.4　无人艇实际部署验证 159
附录A 162
附录B 175