论文针对卫星拒止条件下的小型无人机自主返航问题,从仿生传感器测量误差补偿和仿生导航方法两个层面,研究了无人机自主返航仿生导航方法。主要研究成果总结如下:首先,提出了一种像素化偏振成像芯片耦合误差建模及标定方法。分析了阵列式偏振片与成像芯片的耦合工艺误差对透过率和消光比的影响,建立了耦合误差模型和相机线性响应误差模型;基于马吕斯定律推导了包含误差参数的光强响应函数,设计了一种耦合误差标定方法;采用室内标准光源进行相关实验,验证了误差模型的准确性和标定方法的有效性。其次,研究典型应用场景下仿生光罗盘定向误差补偿方法。针对仿生光罗盘倾斜条件下的定向问题,分析了载体姿态倾斜角对定向精度的影响,给出了倾斜条件下仿生光罗盘的定向误差补偿方法,该方法利用天顶区域入射光的偏振信息来估计航向角。针对复杂天空背景下的定向问题,设计了一种基于瑞利散射模型的天空区域自适应分割方法,能够以非监督的方式自适应的从图像中分割出天空区域。实验结果表明,误差补偿方法可明显改善光罗盘的定向精度。然后,提出了一种基于场景概略识别和特征点几何约束相结合的定位方法。针对场景识别问题,用视觉单词描述图像,基于生成模型建立场景位置的描述,使用概率模型推断图像间的相似性,完成场景概略识别,粗略估计出无人机的位置;针对特征点匹配定位问题,设计了一种基于本质矩阵的特征点匹配校验准则,给出了基于图像特征点几何约束的匹配定位方法,实现无人机的精确定位;通过无人机搭载实验,验证了该方法的有效性和可用性。最后,提出了一种面向小型无人机的导航拓扑图在线构建及仿生导航方法。针对小型无人机的自主返航问题,首先在遂行任务过程中记录导航参数与场景描述信息,设计了一种基于距离准则和节点信息关联相结合的导航拓扑图在线构建方法,形成导航拓扑图;其次提出了一种基于拓扑图的仿生导航方法,通过感知返航途中的环境信息,利用导航拓扑图形成位置约束,并结合仿生光罗盘的航向信息与视觉/惯性的局部位姿估计参数,得到载体的全局位姿估计;最后通过无人机搭载实验,验证了方法的有效性。