無人機(jī)船是海洋技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，海洋技術(shù)發(fā)展目的是為了提升獲取數(shù)據(jù)的精度、準(zhǔn)度、廣度以及連續(xù)性，同時(shí)提高獲取數(shù)據(jù)過程的安全性并降低其成本。海洋技術(shù)分兩個(gè)大方向，一是平臺(tái)技術(shù)或稱運(yùn)載技術(shù)，主要指搭載體的設(shè)計(jì)、開發(fā)及應(yīng)用等，另一個(gè)是傳感器技術(shù)或稱載荷技術(shù)，主要指儀器設(shè)備的設(shè)計(jì)、開發(fā)及獲得數(shù)據(jù)的解析、存儲(chǔ)和處理等。從學(xué)科方向劃分上來講，狹義的無人船屬于海洋技術(shù)領(lǐng)域的平臺(tái)技術(shù)。因此，無人船的核心技術(shù)與海洋技術(shù)領(lǐng)域的核心技術(shù)是一致的，實(shí)質(zhì)就是圍繞任務(wù)目的、載荷原理、使用環(huán)境特點(diǎn)，以應(yīng)用開發(fā)、功能開發(fā)為主體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：
⒈特型平臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)
圍繞任務(wù)載荷原理、使用要求、作業(yè)方法等，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，如振噪抑制、削弱航行擾動(dòng)、動(dòng)穩(wěn)性優(yōu)化、電磁兼容性優(yōu)化等。常規(guī)海洋調(diào)測(cè)使用的儀器設(shè)備多為聲學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)接觸式傳感器。無人船吃水淺、布置空間緊湊，因此各種儀器設(shè)備容易受到平臺(tái)振動(dòng)、自噪聲、航行過程中的晃動(dòng)和產(chǎn)生的水花、氣泡附面層以及電磁輻射和動(dòng)力系統(tǒng)排放等的影響，造成數(shù)據(jù)質(zhì)量和作業(yè)效率下降。因此在無人船設(shè)計(jì)方面，就需要從系統(tǒng)效能的角度出發(fā)，圍繞任務(wù)載荷原理和對(duì)工作環(huán)境要求，對(duì)無人船從線形和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、載荷布置方式、動(dòng)力系統(tǒng)選型、推進(jìn)裝置優(yōu)化、運(yùn)動(dòng)控制策略設(shè)計(jì)、供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行有針對(duì)性的特殊設(shè)計(jì)和處理。
⒉強(qiáng)擾動(dòng)環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)
針對(duì)海洋動(dòng)力環(huán)境中風(fēng)、浪、流對(duì)水面載具的影響，開發(fā)欠驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制算法，實(shí)現(xiàn)如高精度循線航行、高海況自航、自守位等功能。常規(guī)海洋調(diào)測(cè)多采用循線走航探測(cè)或定點(diǎn)剖面觀測(cè)的方式作業(yè)。無人船體量小、推力有限，且屬于典型的欠驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)體，因此容易受到海面動(dòng)力因素的擾動(dòng)，出現(xiàn)偏航距超限、航向不穩(wěn)定、失速及大幅度搖動(dòng)導(dǎo)致甲板上浪甚至傾覆的情況。因此在無人船運(yùn)動(dòng)控制方面，需要設(shè)計(jì)基于定位、姿態(tài)數(shù)據(jù)的前饋控制進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，通過無人船實(shí)時(shí)位置、航速、艏向、橫縱搖、升沉數(shù)據(jù)，判斷風(fēng)、流的恒定擾動(dòng)以及波浪的周期性擾動(dòng)的強(qiáng)度、方向，結(jié)合無人船慣性力、阻力、恢復(fù)力運(yùn)動(dòng)模型，提前干預(yù)推力矢量輸出，確保無人船能夠在以較高精度循線航行，或在高海況下通過艏向、推力調(diào)節(jié)確保無人船不失速及發(fā)生大幅度橫搖。
⒊通信技術(shù)
針對(duì)高動(dòng)態(tài)、多徑效應(yīng)影響突出的海面、水下復(fù)雜環(huán)境，開發(fā)健壯性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、低時(shí)延、高帶寬的微波、水聲通信技術(shù)。海上通信主要依賴微波（海面）和聲學(xué)（水下）兩種手段。無人船上建高度有限，且體量小、吃水淺、橫縱搖、升沉幅值大，微波通信設(shè)備天線距水面高度小同時(shí)存在較大搖晃幅度的情況下，通信距離首先，且容易受水面多徑效應(yīng)影響造成信噪比下降，而水聲通信由于帶寬有限，往往只能進(jìn)行極為有限的樹下數(shù)據(jù)鏈支持。因此在無人船通信技術(shù)方面，需根據(jù)海洋環(huán)境的特殊性對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，開發(fā)可應(yīng)對(duì)高動(dòng)態(tài)復(fù)雜水面環(huán)境的微波通信技術(shù)，以及更高帶寬的水聲通信技術(shù)，尤其是針對(duì)同構(gòu)、異構(gòu)平臺(tái)間的多節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)、跨介質(zhì)通信，仍有較多難點(diǎn)需要解決。
