本文针对物流无人机需要跑道和长航时的问题,提出运用四旋翼无人机运载固定翼无人机进行垂直起降的方案,并对其中涉及的两个关键技术进行了深入地探索研究:其一是对接所需的高精度高鲁棒性的相对位姿测量,其二是对接后的变质量参数组合体控制。针对以上两个问题,本课题开展的工作如下:首先,研究了基于单目视觉相机的相对定位技术。运用Canny算子对合作靶标进行边缘检测,采用联通域算法提取边缘信息中的特征点,然后运用P4P算法解算相对位姿。针对提取到的特征点存在噪声问题,提出运用列文伯格-马尔夸夫算法对解算到的结果进行优化,进一步提升相对位姿测量精度和鲁棒性。其次,研究了四旋翼无人机与固定翼无人机构成组合体后的自抗扰控制技术。通过分析组合体飞行原理,利用牛顿欧拉法对其建立了非线性六自由度动力学模型,并在此模型的基础之上设计了自抗扰控制律。在模型中加入常值扰动以及正弦扰动下,与传统的PID控制进行了对比仿真验证,结果表明自抗扰控制算法在质量参数变化和干扰的情况下有较好的鲁棒性。接着,根据本课题对接精度需要,设计了四旋翼无人机的导航系统。针对传感器存在噪声问题,运用扩展卡尔曼滤波对各传感器进行了数据融合,进一步提高了无人机自身状态信息的测量精度。最后,搭建了飞行实验平台,对单目视觉定位以及自抗扰控制算法在质量变化和外界干扰情况下的可靠性进行验证。实验以地面上的二维码靶标模拟静态的固定翼无人机,四旋翼无人机识别靶标获得相对位姿后,定点降落到靶标上,实现对接的模拟实验。根据以上实验要求,课题完成了飞控电路板研制,实现了飞控的所有功能,完成了以上实验,证明了对接方案及关键算法的可行性。