随着世界贸易的迅速发展，港口航运业发展相当迅猛，随之带来了海上航行船舶的数量、类型和吨位都发生了巨大的变化。大量的船舶频繁活跃于港口及其附近水域，使港口和航道等水域通航密度大为增加，港口环境变得更加拥挤、更加危险，导致船舶出入港口的时间大量增加。虽然导航设备功能不断增加，性能不断提高，但碰撞等交通事故仍逐渐增加，使船舶营运效率降低，造成巨大的经济损失、严重的环境污染以及人员伤亡。为了减少事故的发生，需要更准确地理解船舶的操纵过程。船舶操纵离线模拟系统利用程序设定的自动舵系统代替人工操纵，根据一定的规则使程序自动根据外界环境的变化改变舵角或船速，来模拟实际船舶操纵过程，它提供了一种途径去模拟船舶在港口内的航行，能够用来分析和更好的避免事故的发生。本文以VRSHIPS项目为背景，在纵览船舶操纵仿真研究的基础上，对船舶操纵运动数学模型的建立和仿真进行了相关的研究，比较完整的归纳总结出了适用于船舶在港口内的操纵运动数学模型；对船舶在限制和碰撞环境下的航迹规划问题进行了探讨，对船舶LOS导航算法和自动舵的研究设计进行了论述，对存在的问题和后续的工作做了总结，为开发船舶操纵离线模拟系统提供了新的思路和方法。