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微小型无人直升机是近年来发展迅速的一种空中机器人，在军用和民用方面都有非常广阔的应用前景。导航方法和控制器设计是无人直升机飞行控制系统设计的核心内容，是实现无人直升机自主飞行的关键。本文针对微小型无人直升机的特点，对微小型无人直升机导航方法、姿态建模和航向控制进行研究，具体内容如下：
第一，介绍了微小型无人直升机的发展现状，然后对与微小型无人直升机导航系统相关的信息融合方法进行了总结，最后介绍了无人直升机的特点和典型的控制方法。
第二，介绍了捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system，SINS)基本的姿态、速度和位置解算方法，并在此基础上给出了基于姿态误差角和四元数的SINS非线性误差方程。
第三，介绍了unscented卡尔曼滤波(unscented Kalman filtering，UKF)方法，研究了基于数字罗盘辅助实现SINS粗对准，再利用UKF进行精对准的低成本SINS静基座初始对准的方法。在此基础上，提出一种在数字罗盘辅助下采用UKF进行误差估计的低成本SINS/GPS/数字罗盘组合导航方法。仿真结果表明，与低成本SINS/GPS组合导航方法相比，低成本SINS/GPS/数字罗盘组合导航方法能较好地解决偏航角的误差估计问题，提高导航系统性能。
第四，根据直升机运动学方程和微小型无人直升机空气动力学，得到了微小型无人直升机待辨识姿态控制模型。在此基础上，根据本文所研究的微小型无人直升机飞行实验数据，辨识得到了横纵向通道的耦合模型和偏航通道的单输入单输出模型。通过与飞行实验数据比较，验证了所建立模型的正确性。
第五，采用模糊控制方法实现了微小型无人直升机的航向控制，然后为了提高模糊控制器的稳态性能，针对微小型无人直升机偏航通道设计了模糊PID控制器。为了整定模糊PID控制器中PID的参数，提出了一种采用免疫优化算法确定PID参数的方法。最后，为了改善在小初始误差情况下模糊PID控制器的性能，提出一种自适应切换模糊PID控制方法。仿真结果表明，本文所设计的基于模糊控制的航向控制器能有效解决微小型无人直升机的航向控制问题。
最后，对本文所取得的研究结果进行了总结，并指出了需要继续开展的工作。