固定翼无人机在恶劣的气候或地形环境下飞行,往往会出现各种突发状况。比如在寒冷的高原,电池的容量降低很有可能导致飞控供电不足;海上夜航遭遇风切变可能会导致发动机停车,飞机将失去动力,坠落入海;又可能在荒漠或者山区,无人机的定位功能失效,或者电台通讯中断,无人机飞行失联等。这些情况或者故障将导致无人机无法再继续飞行,轻则无人机坠毁,重则将会出现重大的飞行事故,对地面人员的生命财产安全造成威胁。本文针对这一系统问题,以某型固定翼无人机的飞控系统为设计平台,针对不同的机载传感器,使用相应的故障识别技术与余度容错技术,对无人机飞控系统中的重要传感器进行故障隔离,以保证无人机能够安全、可靠的飞行。首先,从无人机整体的硬件结构,软件功能框架,飞行控制律三个方面,设计了飞控系统。并通过故障树分析法,对无人机飞控系统中可能出现的一系列重大故障进行罗列与定量分析。建立了机载传感器各种故障的模型,研究了双余度乃至三余度的管理策略及其监控表决技术。其次,基于对机载传感器功能原理与信号特性的理解,从航向信号冗余,高度信号冗余,GPS冗余这三个功能的实现角度,设计了飞行控制律外回路的容错系统。针对飞行控制律内回路,即横纵向姿态控制回路,结合无人机上的姿态传感器,构造了一种双余度航姿系统。通过优化后的信号采集单元,提出了一种三余度姿态角信号的同步采集方案。并基于此方案,进一步设计了竞选表决算法,研究了算法中监控阀值的选取规律。最后,基于飞控系统的遥控指令模式、自主返航模式、应急回收模式,详细设计了无人机容错控制逻辑,即提出了无人机安全保护策略。构建了一种包含传感器实物在内的专用半物理仿真系统,通过半物理仿真实验测试了冗余传感器的故障隔离与无人机容错控制的性能。同时,完成了无人机应急回收系统的设计,利用无人靶机的实际飞行试验,有效地验证了应急回收系统的可行性。