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当今，由于在民用及国防等诸多领域中的广泛应用，空中机器人技术已经越来越被人们所重视，并吸引了各国专家学者的注意。而基于模型直升机开发出来的小型旋翼空中机器人更是在近几年中得到迅速发展，并依靠其较高的灵活机动性，在各个领域展现出其独特优势。但是，由于小型旋翼空中机器人系统是一个极不稳定的非线性系统，因此，对其姿态的测量与导航控制就成为当今空中机器人研究的一个热点领域。
本文首先基于自主设计的INS系统，对GPS/INS联合导航系统的软件、硬件设计与信息融合算法的实现做了详细说明，并给出了实际飞行实验的结果。该导航系统已经可以作为验证其他各种导航算法与控制算法的平台。但是由于GPS/INS系统需要借助外部信号源为自身定位，因此受到外界的干扰较大，不能实现一种自主封闭式的导航。鉴于其局限性，本文提出了一种基于视觉系统的视觉/INS联合导航系统。
视觉/INS联合导航系统是基于GPS/INS平台开发的，可以通过视觉系统辅助甚至取代GPS系统的导航系统。视觉导航系统可以借助摄像头的拍摄能力，获取图像视觉信息。本文对视觉/INS联合导航系统的硬件、软件设计做了详细的介绍，设计了基于Kalman滤波技术的视觉/INS信息融合算法，并给出了仿真结果。通过对仿真结果的分析最终得出结论，本文设计的视觉/INS联合导航系统及其算法具有较高的可行性。