由于多旋翼无人机具有简单的结构，灵活的操作等优势，目前其广泛应用于搜索救援、农业植保、影视拍摄、地址勘测等场景中，在民用和军用诸多领域中在空间维度上丰富了的作业手段。对于多旋翼无人机执行自主飞行任务，准确的位置信息是其控制的前提与关键。目前广泛使用的是依赖外部定位设备提供定位信息，但若在未知或非结构化的环境中GPS失效，无法进行准确跟踪控制，故有关脱离GPS等外部定位设备的多旋翼无人机自主飞行控制问题的研究仍是具有现实意义。针对旋翼无人机的此类问题，本文提出了基于直接视觉惯导测量的自适应轨迹跟踪控制器的方法。
　　针对上述问题，本文根据旋翼无人机的机械结构和工作原理，选择合适的惯性坐标系和机体坐标系，应用牛顿-欧拉定理建立多旋翼无人机系统的动力学模型，并引入视觉系统投影模型，这两个模型将分别应用于跟踪控制器和自适应估计器设计中。在GPS失效的环境中，需对多旋翼无人机的位置和速度实现实时估计，并基于估计值实现对轨迹的跟踪控制任务。为实现自主飞行任务，本文设计基于直接视觉惯导测量的自适应轨迹跟踪控制器，其主要分成跟踪控制器和自适应估计器设计两个部分。对于跟踪控制器部分，根据自适应估计器的实时估计值定义无人机的跟踪误差，基于旋翼无人机系统的动力学模型，设计多闭环的跟踪控制器，包括多旋翼无人机的位置控制器和姿态跟踪控制器。由于无人机真实位置和速度未知，故采用无需真值可计算名义估计误差代替传统的估计误差，通过联合系统模型，融合IMU的和视觉系统反馈测量信息，设计可在线估计无人机位置和速度的自适应估计器。由于自适应估计器和轨迹跟踪控制器是整体设计的，故通过李雅普诺夫函数可严格证明控制器的跟踪误差和估计误差的收敛性。
　　为验证所设计的自适应轨迹跟踪算法，本文在Gazebo中搭建了旋翼无人机系统仿真平台，在平台中模拟了现实世界的环境，并对期望轨迹进行跟踪仿真实验，在GPS失效环境下分析所设计的自适应轨迹跟踪控制器的整体性能。本文对GPS失效环境下多旋翼无人机的轨迹跟踪控制的研究可以扩展到其他平台例如无人机悬挂负载轨迹跟踪控制，对于未来旋翼无人机的感知定位以及跟踪控制的研究具有重要意义。