飞行机器人是一个极具挑战性的多学科交叉的前沿性研究课题。小型无人直升机因有着垂直起降、悬停、巡航以及快速转变航向等特性以及良好的敏捷性和可操控性,使得它成为一种理想的无人飞行器。近年来,随着微电子技术特别是低价位的基于惯性测量元件的GPS/INS小型捷联惯导技术的发展,小型无人直升机在除军事目的以外的民用领域获得到了广泛的应用。无人直升机自主起降技术是无人直升机的关键技术之一,而能自主飞行和自动起降的无人直升机方能堪称真正意义上的无人直升机。无人直升机对起降场地的要求不高,在海上钻井平台、丛林的空地、城市街道和其他狭小的空间等均可起降,完成复杂和危险的任务。因此对无人直升机的最优自主起降的研究和设计是非常有益和必要的。本文首先介绍了实验所采用的无人直升机模型和硬件平台,并详细描述了各个子系统的功能和硬件资料。然后给出实现无人直升机自主控制所需的基础理论知识,包括常用坐标系以及姿态、速度和位置的数学描述。接着根据动力学原理,建立无人直升机的非线性数学模型,并针对该数学模型提出一种串级PID控制算法,这是自主起降功能实现的控制部分。在提出控制方法之后,针对自主起降功能提出了具体的实现方案,并着重对最优自主起降问题方面进行深入研究,设计出一种最优起降的轨迹规划算法,这是本文的核心内容;最后对整个自主起降系统进行软件设计,并通过实际的飞行实验验证设计效果。文中还在最后指出了本设计的不足以及今后的改进方向,具有实践性的指导意义。