直升机飞行动力学建模技术是飞行控制律设计、飞行品质评估与设计的重要基础。由于直升机气动特性复杂、各运动自由度之间存在着非常严重的耦合现象,使用传统机理分析的建模方法很难得到高置信度的飞行动力学模型。基于系统辨识的建模方法正逐步成为获得高精度直升机飞行动力学模型的重要手段。本文针对直升机飞行动力学模型系统辨识的主要关键问题开展了相关研究,提出了一套频域综合辨识方法,并基于小型无人直升机进行了辨识方法的验证。首先,本文基于机理模型分析了样例直升机的飞行动力学特性,并设计了增稳飞行控制律。在搭建的仿真系统中开展了仿真试验,得到了系统辨识建模所需的仿真试飞数据库。其次,本文建立了一套基于线性调频Z变换、平滑功率谱估计的多输入多输出系统频率响应函数求解方法,基于该方法对样例直升机进行了频域非参数辨识和验证。结果表明,本文方法有效解决了直升机操纵响应的耦合性给频率响应函数计算带来的困难,提高了直升机耦合系统频率响应函数的辨识精度。接着,本文建立了一套基于最小二乘法、模型结构辨识和频域输出误差法的参数化模型综合辨识方法,并对样例直升机的状态空间模型进行了辨识和验证。结果表明本文建立的辨识方法具有较高的辨识精度、计算效率以及较好的数值稳定性。最后,本文基于小型无人直升机开展了真实试飞,基于真实试飞数据进行了无人直升机的频响函数辨识以及状态空间模型辨识与验证。结果表明,本文所建立的辨识方法能够准确有效的辨识出小型无人直升机的频率响应特性和状态空间模型,具有较高的工程应用价值。