随着旋翼无人机应用范围的增大,市场对无人机自主飞行能力的要求也进一步提高。本文以四旋翼无人机为实验平台,以提高无人机自主飞行能力为目标,围绕视觉导引跟踪与自主着降,设计了一套基于视觉的四旋翼无人机目标跟踪及自主着降控制系统。首先,研究分析四旋翼无人机的数学模型、飞行原理及控制系统,确定视觉导引控制器的设计思路;在明确系统的功能及非功能需求的基础上,设计控制系统总体结构,并以模块化的思想完成了系统硬件平台各模块的设计与选型。其次,结合目标标志的特征信息,重点研究了基于特定目标的自主识别策略与视觉跟踪算法;针对视觉跟踪算法在相似颜色干扰及目标被遮挡的情况下,不能稳定地提供准确的视觉导引信号的问题,提出了相应的优化方法;在系统硬件的基础上进行软件实现,完成了目标特征标志自主识别与跟踪的软件开发,并在实际环境下完成了软件功能的测试。然后,设计了视觉导航模块与四旋翼无人机之间的通讯软件;在建立系统通讯的基础上,提出了视觉导引信号的解算方法及无人机自主着降策略;研究飞控程序,并完成了无人机视觉跟踪飞行模式及自主着降模式的软件设计;为进一步提高无人机自主飞行的能力,在视觉跟踪飞行模式中加入了一键式起飞功能。最后,整合系统的硬件与软件,在实际飞行环境下对设计的系统功能进行测试,测试结果表明本文所设计的控制系统能够实现四旋翼无人机一键式起飞、运动目标跟踪以及对静态与运动目标物的自主着降功能,具有较好的系统可靠性,并且对不同的多旋翼无人机机型具有普适性。