多旋翼无人机实现全自主高精度降落是无人机实现自主作业的关键环节与难点,其原因在于:（1）降落区周边环境复杂;例如降落区处于野外峡谷或密集建筑群中、不理想光照、障碍物以及“地效风场”等因素都影响着无人机的降落作业安全。（2）硬件局限性;例如机载GPS、视觉等设备都有一定的局限性,在弱GPS信号、弱光或强光的情况下,降落期间的定位精度显著降低。（3）降落方案缺乏针对性与系统性。在弱GPS、弱光照等的情况下,无人机难以自主、准确地降落至分布式机场停机坪。为此,本文在提出了较为系统性的降落策略以及策略选择依据的基础上,设计了完整的自主降落专用控制系统与实现方案,采用超宽带（Ultra-Wideband,UWB）定位技术对降落过程中的无人机定位,并对分布式机场的相关属性与金属物等干扰进行了分析优化,显著提高了无人机的降落安全性与适用性。本文的研究工作得益于广州市科技计划项目（202007040004）、国家自然科学基金（61975248）与广东省自然科学基金（2018A0303130137）的资助。本文的主要贡献如下:（1）在开源的飞行控制系统的基础上,设计增加了自主降落专用控制系统,并搭建了实物系统。针对多旋翼无人机降落过程中的控制问题,设计增加了自主降落专用控制器,并设计了与适合于无人机降落的速度控制算法;针对多旋翼无人机在降落过程中的定位问题,设计了基于超宽带（UWB）定位技术的分布式机场降落引导系统;针对常规飞行控制器与自主降落专用控制器的切换冲击问题,设计了软切换器;针对软切换器的切换条件问题,设计了比较器保证当降落引导系统有准确的定位信号时,向软切换器发送切换信号。本文以四旋翼无人机为实验对象,搭建了实物实验平台并进行了实验,实验结果表明,260次降落实验均准确降落至边长0.6m的正方形停机坪内,自主降落专用控制系统满足控制多旋翼无人机降落至分布式机场停机坪的要求。（2）分析优化了分布式机场的结构与位置属性。常见的分布式机场有两种类型,在分布式机场机盖展开的状态下,一种类型为停机坪与机盖处于齐平状态,另一种类型则为非齐平状态。由于分布式机场多数情况下会被布置在野外或者城市建筑群等之中,周围的物理环境较为复杂,极易在分布式机场周围形成空旷、单侧立面与双侧立面等物理场景,单侧立面与双侧立面会严重影响着在降落过程中所产生的“地效风场”的形态,最终对无人机降落的精度与安全构成极大威胁,为此本文建立了四旋翼无人机与“地效风场”的数学模型,并对多种常见的场景进行了仿真实验,实验结果表明,齐平式类型的分布式机场结构更加合理,同时分布式机场在布置时应与单侧立面保持至少1m的安全距离。（3）提出了较为系统性的降落策略以及策略选择依据。本文根据无人机自身的电池电量、降落精度要求以及分布式机场周围是否有影响降落的障碍物等因素,提出了四种降落策略。为了使无人机更准确、方便的选择合适的降落策略,本文将各种因素综合考虑,提出了一种降落策略选择依据,使得无人机可以根据实际的场景选择较为合适的路径与方式进行自主降落,避免无人机因电量不足或者避障失败后所造成的不良后果。实验结果表明,无人机降落至边长0.6m的正方形停机坪内的可靠度为100%,四种降落策略各具特点,可适应多种环境与降落要求,策略选择依据可以根据待降落无人机与分布式机场周围的实际情况选择较为合适的降落策略。（4）探索了自主降落专用控制系统的容错性与稳定性。针对无人机在降落过程中有UWB地面基站突发性失效的情况,自主降落专用控制系统是否可以正常工作,本文通过对UWB地面基站断电操作来模拟模块失效的情况,设计了从分布式机场降落引导系统6个地面基站中任意切断1个与同时切断2个基站的电源的降落实验;针对UWB地面基站近距离有金属物所造成的干扰问题,本文进行了实物验证实验。实验结果表明,在有1～2个地面基站失效的情况下,自主降落专用控制系统依然能完成无人机的引导降落任务,且降落精度未受明显影响;近距离的金属物使标签模块与地面基站间的测距精度降低,测距误差变化为±2.5cm,且稳定性也下降。综上所述,本文所设计的自主降落专用控制系统能实现多旋翼无人机全自主、准确、可靠降落至边长为60cm的分布式机场的正方形停机坪;本文提出的降落策略准确有效,策略选择依据能够为无人机自主、合理地选择降落策略;同时,本文的工作为分布式机场的设计与布置、超宽带（UWB）地面基站的布置提供了依据,提升了降落过程中的无人机安全性,为实现全自主无人机系统奠定了关键基础。