近些年来,世界主要国家加强了对极地考察装备的研究,相应的监测技术也快速发展,但多数监测方式仍以遥感卫星为主,获取大范围的极地海洋、海冰与冰雪数据,缺乏小范围内的现场定点观测的环境数据。由于我国在极地的科考活动绝大部分是在当地处于夏季时进行,并且人员活动范围也受到地理因素的限制,无法对极地环境进行长期、大面积的监测。而随着小型飞行器智能化程度的提高,其在各行各业中被广泛使用,在极地科考中,无人机的应用也越来越多,科研人员们常常使用其拍摄极地环境图像。所以设计一款在无人监测条件下可控制无人机测量10米内（低空）各高度的空气环境数据、并且可同时测量冰面雪深或海水中各项参数的自动综合一体化浮标极具前景。本课题设计研发一种无人机海冰浮标,该浮标搭载装有环境探测传感器的无人机,在天气符合飞行条件的情况下无人机从标体中飞出,探测一定高度的大气温湿度、风速风向等环境数据,完成测量后自主飞回降落在标体内,标体内配置充电装置为无人机补充电能。标体搭载了各类传感器,浮标标体下部搭载了冰下海洋环境的传感器,可测量海水温度、盐度、叶绿素浓度、氧饱和度等参数。由于浮标随海冰漂流,所以,无人机从自主起飞至结束探测后自主降落到移动的标体内成为本课题难点。针对此问题,本课题采用基于视觉导航的移动目标自主降落方式来解决该问题,论文的主要工作如下:首先针对浮标搭载的“X”形四旋翼飞行器,设计了该无人机的动力系统,建立了无人机的数学模型,并完成了无人机海冰浮标的总体设计、无人机的硬件设计、飞控系统以及视觉导航系统的硬件设计。然后选取Apriltag标识码作为特定降落标识物,研究了目标识别与跟踪定位算法,进行相机建模,通过PnP方程得到了相机与降落标识物之间的相对位姿,并提出CMT算法优化图像处理流程。使用PID控制设计了无人机姿态控制器和位置控制器,通过仿真发现此PID控制系统响应迅速、无静差。选取了无地面站辅助的自主降落模式,据此制定了无人机自主降落策略。最后在仿真软件上对整个系统进行了定点降落和移动目标降落仿真测试,在室内和野外分别做了移动目标真机降落实验进行验证。