具有自主飞行能力的小型无人直升机具有重要的军事、民用和科学研究价值。无人直升机的自主着陆阶段是飞行任务中的重要阶段之一,同时也是一个安全事故的多发阶段。因为该阶段对导航系统的要求相对于其他阶段而言,除了具有较高的导航精度、实时性及可靠性外,还需要尽可能地提供无人直升机距离地面的实时高度,以防止在垂直方向上降落过快而导致与地面发生强烈碰撞并引发安全事故。因此,设计一种适合于无人直升机自主着陆阶段的导航系统具有重要的研究价值,同时也具有重大的现实意义。本文以上海交通大学“天行者”小型无人直升机为主要应用对象,采用基于计算机视觉的视觉导航技术,设计了一种符合无人直升机自主着陆阶段特殊要求的视觉导航系统。鉴于目前缺乏某些硬件条件而不具备进行实际自主飞行试验的能力,且实际飞行试验具有较高的安全风险,本文将在完成计算机视觉测量试验的基础上,结合“天行者”小型无人直升机自主飞行控制系统,在Matlab仿真环境中对利用视觉导航系统进行导航的自主着陆过程进行仿真研究,验证该导航系统的可行性、正确性及鲁棒性等系统性能。本文的主要内容包括以下两个方面:1)基于计算机视觉原理的位姿测量试验:设计着陆平台图案,并由摄像机捕获着陆平台所在环境的数字图像。通过图像分析和处理过程,提取特征图形中所隐含特征点,计算摄像机相对与着陆平台所处的位姿参数。2)基于Matlab的小型无人直升机自主着陆视觉导航系统仿真:建立构成视觉导航系统的摄像机及其云台模型,并通过引入随机误差使模型更接近于现实。结合“天行者”小型无人直升机自主飞行控制算法,构建基于视觉导航系统的自主着陆仿真平台,并在此基础上验证该导航系统的可行性、正确性及鲁棒性。此外,本文采用虚拟现实建模语言(VRML)建立了仿真场景,使仿真结果更直观、形象,增强了系统的表现力。本文采用计算机仿真的形式设计并验证了应用于无人直升机自主着陆阶段的视觉导航系统,为该系统走向实际应用提供了有力的支持。但仿真环境与现实环境之间毕竟存在着一定的差异,有待进行进一步的研究和探索。