近年来,多旋翼无人机由于其结构简单、控制灵活、成本低廉以及可扩展性强等优点,成为了人们关注和研究的热点。无人机室内定点和路径规划是目前国内外研究的热点内容。针对室内环境下微小型无人机自主导航需求,本文在调研分析无人机室内定位和路径规划的研究现状和关键技术的基础上,进行了以下内容的研究:(1)针对无人机室内飞行高度的稳定性问题,设计了基于自抗扰算法的无人机高度控制系统,为实现基于二维码阵列的定位和导航提供了垂直方向的保障。将四元数法解算出的姿态信息和高度信息进行融合,提高了高度数据的准确性。设计的高度自抗扰控制器相对于传统控制方法,提高了无人机静态和动态飞行时高度的稳定性。(2)针对无人机室内定位问题,设计了基于光流的室内定位系统,为二维码位置信息的融合及实现基于二维码阵列的定位、导航奠定了基础。将得到的光流值与高度、角速度数据进行融合,将光流的像素速度转化为无人机的实时速度。采用串级PID控制器,实现了无人机室内定点悬停。(3)针对无人机室内全局位置信息获取问题,使用ARUCO二维码库生成设计了10*10的二维码地面阵列提供全局位置信息。相对于目前热门的UWB和zigbee定位,定位精度提高到±5cm范围内,而且成本低易于实现。通过串级PID控制器,实现了无人机在某个二维码上方的定点悬停,并且具有一定的抗干扰能力。(4)针对无人机室内路径规划问题。本文先对A*和D*路径规划算法做了仿真研究。在D*算法的启发函数中加入了碰撞因子,并且对路径信息作出了优化,提高了无人机室内飞行的安全性和高效性。设计了光流/IMU/高度和二维码/SINS两个子滤波器组成的联邦滤波器,解决了二维码识别率低导致位置信息不连续问题,为控制器提供了准确、连续的位置和速度数据。目前大多数无人机室内路径规划研究都处于仿真或者半仿真阶段,而本文创新性的将二维码阵列与改进D*路径规划算法相结合,成功实现了无人机在室内二维码阵列上的路径规划。在蜂鸟无人机上经过多次实验飞行验证,在室内二维码阵列上可以实现稳定的自主定位和路径规划功能。