近年来,部队训练的实战化水平不断提高,作战训练逐渐向全流程、全要素、一体化、信息化的层次发展,部队作战体系按照“空地一体”的原则着力提升空中巡航和监察力量。在此过程中,无人机需执行远距离、长时间的巡航侦察飞行任务,这对无人机的机动性能和可持续飞行能力都提出了更高的要求。为解决实战化条件下提升无人机作战能力所面临的问题,本文对无人机自主充电系统进行深入研究,系统包括无人机自主降落模块、无人机精确定位模块和基于无线电能传输技术的充电模块,研究工作主要包括:(1)提出了一种基于图像导航的无人机自主降落实现方法。为保证无人机能够平稳降落至充电桩平台,设计了着陆信标,建立了视觉导航坐标系,并根据图像处理原理提取信标特征,导引无人机降落。针对无人机降落的平稳性,自主降落系统采用了遥控与程控相配合的策略,进行了系统的硬件设计,包括随动支腿的设计、执行机构的选择、四旋翼平台的安装、系统各模块的电路设计等,并编写了自主降落系统的相关测试软件。(2)提出了一种基于透视变换和激光传感扫描的无人机精确定位实现方法。针对无人机降落后不能完全与充电桩平台充电模块对准的问题,首先根据透视变换原理,通过摄像头先对无人机坐标进行粗定位,再根据激光传感的扫描式定位算法对无人机进行精确定位,最后利用二轴滑动平台结合充电效率自检模块实现与无人机的自适应精确对准,以保证系统具备高充电效率。(3)搭建了无人机自主充电系统的测试与验证环境。通过对比分析几种主要的无线电能传输方式,选择磁谐振耦合式无线电能传输技术应用于无人机自主充电系统,为验证本系统具有可行性、可靠性和高充电效率,分别对自主降落的平稳性、自主定位模块和无线充电模块进行测试试验,并分析了试验结果。