随着四旋翼飞行器任务复杂度的逐渐增大,对飞行器导航方式的可靠性提出了更高的要求。在四旋翼飞行器的导航技术应用中,惯性导航技术的外部修正/测量方法主要为全球卫星导航系统(GNSS),在四旋翼飞行器利用卫星导航信号进行返航任务时,卫星信号的丢失会导致飞行器返航失败。本文将返航过程中基于卫星导航的惯性导航外部修正方式改进为基于视觉导航的方式,提出了一种惯性导航返航方案。首先,针对四旋翼飞行器常用的位置解算方法过于简化的问题,提出了基于传统惯性导航理论的惯性导航航位解算方案,适用于四旋翼飞行器所使用的惯性传感器及导航坐标系。其次,针对四旋翼飞行器返航过程中去程航迹信息记录复杂、低效的问题设计了航迹模型,使导航系统能根据其记录的信息在返航中提取航迹记录并实时地调整返航策略。最后,针对卫星导航信号易受干扰而导致返航失败的问题,提出一种基于地标图像的视觉与惯导融合导航方案,其中设计了基于地标图像的四旋翼飞行器位置解算方法,并提出了一种融合地标信息与惯导位置量的卡尔曼滤波算法。根据返航方案,在去程时导航系统记录机体的卫星定位坐标并解算沿途的地标位置信息。卫星定位信号失效后,飞行器开始依靠航迹模型、视觉系统与先验地标以辅助惯性导航系统进行自主返航。惯性导航与视惯融合导航的对比实验、简单路径与复杂路径返航实验证明了在卫星导航手段失效后自主返航方案的有效性。