本文针对无人机在退化视觉环境下能见度受限、感知退化的问题,分别提出了仿真模式与应用模式下的场景感知、理解与可视化解决方案,然后通过对多源异构传感器融合技术的研究实现了场景的动态感知,通过对障碍物凸显与目标检测技术的研究实现了场景的理解,通过对三维渲染引擎技术的结合实现了可视化过程,最后辅以多种关键性技术达到了全天候、全天时、全地形条件下飞行任务的无障碍执行。本文主要完成的工作如下:1.使用三维视景仿真建模技术搭建了研究所需的实验环境。首先根据无人机飞行过程中可能面临的复杂场景进行了研究,建立了多套具有复杂环境特征的地形数据和地物数据。然后对全地形条件设计了雨、雪、雾、沙尘、扬尘、积雪、昼夜特征的退化视觉环境,并使用着色器渲染技术模拟了前视红外、激光雷达和毫米波雷达的成像特征,实现多传感器对退化视觉场景的感知能力。最后使用虚拟仪表建模软件完成了虚拟飞行仪表和半参数化控制面板的创建,实现飞行参数的可视化显示与环境的功能性控制。2.完成对机载可见光传感器成像目标检测技术的研究。首先根据无人机对地拍摄目标成像尺寸小的特征,研究了小目标检测的关键问题,并专注于军事领域目标样本数量少的特征,使用三维渲染引擎技术,设计了用于样本生成的样本生成器。然后使用多种数据增强技术对原始样本进行增强,以增强网络模型的泛化能力。最后使用多种技术手段,合理控制并优化训练进程,实现模型的高效训练。3.完成仿真模式下三维感知、理解与可视化的研究。首先利用不同传感器感知特性的差异,设计了多传感器的融合实验,以完成对复杂退化视觉环境的感知。然后研究了地形提示与告警技术,通过对地形不同程度的着色处理,凸显危险地形;研究了以框选凸显、着色凸显、距离标示为代表的障碍物凸显技术,实现了对三维场景的理解效果。最后研究了二维电子地图、路径预规划、安全飞行通道、着陆地标、自动巡航等辅助驾驶技术,通过信息技术的高度集成,实现无人机的半自主飞行,减轻了无人机操作人员的工作负荷。4.完成应用模式下三维感知、理解与可视化的研究。首先根据应用模式下传感器信源的特征,设计了基于逆向坐标推理的图像融合,实现了环境的融合感知。然后通过集成的神经网络检测框架完成对可见光图像的检测、凸显、标注,实现场景的初步理解,接着根据几何推理实现场景的多重语义理解,最后设计实现了场景理解的三维可视化。