直升机所特有的垂直起降、定点悬停、低速低空飞行等能力，使得直升机作为现有海洋舰船装备中重要的组成部分。直升机在海上侦察、海事救护、反潜反舰、两栖突击、空中预警等海事应用中具有不可替代的作用，极大地拓展了舰船在海上的应用能力。但是舰载直升机的起降涉及到飞行驾驶员与舰面指挥人员的紧密配合，需要通过舰面指挥人员的引导以完成安全起降。舰载直升机起降是危险系数最大的环节，也是事故率最高的环节。旋翼飞行机器人作为有人驾驶直升机的一种辅助替代方案，可以完成大部分目前有人驾驶直升机的作业任务。相比于有人驾驶直升机，旋翼飞行机器人的建造、使用、维护成本可以大幅下降，而且在应用过程中可以避免驾驶员人员伤亡，在未来海事应用中具有重要的作用。旋翼飞行机器人的舰载应用与常规应用最大的差异在于舰载自主起降，舰载自主起降的特点体现在三个方面:首先是舰面起降平台空间狭小，对旋翼飞行机器人的状态估计要求精度更高、估计结果更稳定，而且对舰船运动需要有一定的预测能力以指导路径规划的开展;其次起降平台处于运动状态，要求旋翼飞行机器人在动力学约束下安全跟踪起降平台的同时避免与舰船上其他建筑物相碰撞;另外起降平面处于实时摇摆状态，起降时机的选择以及对应的稳定控制直接影响到起降的安全。本论文将从以上三个方面着手，以舰船甲板平台为典型动平台，研究分析制约旋翼飞行机器人动平台自主起降的关键问题，建立旋翼飞行机器人动平台自主起降方法体系;鉴于舰载实验成本高风险大，还将通过搭建地面运动平台模拟舰船运动来完成对理论方法的飞行实验验证，最终实现旋翼飞行机器人在动平台上的自主起降。本文的主要研究内容如下:　　(1)旋翼飞行机器人与动平台状态估计方法研究　　针对旋翼飞行机器人动平台自主起降需求，从飞行器状态在线估计、飞行器健康状态在线估计以及动平台运动状态预测三方面内容展开研究:首先针对现有飞行状态估计算法维数过高导致的计算复杂度大、稳定性差的特点，提出了一种基于卡尔曼滤波的分级降阶飞行状态估计方法以实现在线实时求解，设计搭建了完整的导航系统并经过飞行测试对算法的有效性进行验证。其次针对影响飞行安全的飞行器健康状态在线监测困难这一问题，提出了基于扩展集员估计滤波的健康状态在线估计方法，以实现对传感器和执行器故障的实时诊断与估计。最后结合动平台运动特点，提出了基于时间序列分析的动平台运动状态预测方法，实现了短时期内的动平台运动状态预测。状态估计方法的建立为后续路径规划与飞行控制的研究提供了必要的支撑条件。　　(2)基于动力学约束的自主降落路径规划方法研究　　为确保规划路径的可行性与安全性，针对动平台自主降落的特点，在线性规划的框架下，建立了旋翼飞行机器人的动力学约束模型以确保规划路径的可行性，同时建立了动平台追踪优化模型和动态避障约束模型以确保规划路径的安全性，基于建立的线性规划模型可以进行在线实时求解以引导旋翼飞行机器人在动平台上的降落。　　(3)基于安全性能分析的自主起降流程切换控制机制研究　　旋翼飞行机器人的自主起降流程涉及到多个模态的切换与控制，基于对近地地效的分析和起落架与动平台摩擦力的分析，结合飞行器、飞机健康因子的状态估计以及动平台运动的预测，建立了旋翼飞行机器人自主起降切换控制机制，可以在现有飞行控制器结构的基础上，确保安全的自主起降。　　(4)旋翼飞行机器人动平台自主起降实验研究　　在上述理论研究的基础上，首先搭建了半物理仿真系统完成了对路径规划、自主起降飞行切换控制机制的仿真验证，而后搭建了地面运动平台以模拟舰船在不同海况下的运动，旋翼飞行机器人基于该运动平台进行了飞行实验验证。在飞行实验验证阶段分别完成了定点自主起降、定点摇摆平台自主降落、动平台跟踪飞行测试与动平台自主降落等科目，验证了理论方法的可行性。　　本文的研究工作对旋翼飞行机器人的动平台自主起降进行了有益的尝试，初步验证了动平台自主起降的可行性，有助于推动旋翼飞行机器人的实际舰载应用。