小型无人机因为其灵活的控制特性和相对低廉的成本广泛应用于军事侦察、森林防火、智能电网等领域。显而易见，在无人机的自主飞行控制中，位置和姿态估计是最为重要的一部分，一般意义上的位姿估计是将IMU和GPS的数据进行融合来得到无人机的位姿。但IMU工作过程中必然存在的低频噪声所导致的导航误差会随时间积累，导致位姿估计的不准确。GPS的估计误差虽然不随时间累积，但天气条件或无人机的飞行动作等都会影响GPS信号的接收。因此基于视觉方法的无人机位姿估计伴随着计算机视觉的蓬勃发展被提出，并且得到广泛的关注和研究。基于计算机视觉方法的位置和姿态估计，相对于传统的位姿估计而言，使用机载相机或者地面相机作为信息来源，可以将无人机所处环境做出详尽的描述，具有良好的现场应用性。本文针对基于惯性传感和视觉方法的无人直升机位姿估计比较研究这一课题，展开了理论研究和比较试验验证，在试验中将基于视觉方法得到的位姿与传统的位姿估计方法得到的位姿进行了对比分析。在课题进行中，首先设计了无人机位姿采集板，并基于传统的位姿估计方法，使用四元素法完成了姿态更新解算，提取出了无人机飞行过程中的实时位姿，然后针对基于视觉信息的无人机位姿估计，设计了单目机载视觉估计方法的试验平台及试验方案，并进行了最终的试验。试验结果表明，本课题研究的基于视觉的位姿估计方法是简单有效的。最终的试验结果中航向角的误差整体不超过3°，俯仰角和横滚角的误差都小于2°，位置估计的结果优于单独使用IMU进行估计的结果。因此可以认为该方法可以将运动过程中的位姿变化过程进行描述，在实际的无人机自主飞行控制系统中有一定的应用价值。