自主飞行是无人机实用化最关键技术之一，由于环境及其他因素的影响，GPS信号容易被遮挡而丢失，无人机使用的组合导航系统失去GPS数据修正导致姿态测量值逐渐漂移甚至发散。无人飞行器视觉系统的构建和利用能为其稳定飞行提供相关的导航控制信息。本文基于余辉处理方法对无人飞行器航行姿态角进行估算，针对其中多项关键技术，本文的主要研究内容如下：1)阐述无人机遥感系统传感器的成像原理，航行姿态与传感器外方位角的对应关系。在构建无人机遥感系统下视景像成像数学模型的基础上，分析因无人机姿态角对下视景像成像区域分别产生的影响。2)提出下视景像几何畸变余辉处理的模拟仿真方法。模拟飞行器均速飞行时不同的飞行姿态角所产生的几何畸变的图像序列，并利用时间域上的平滑滤波模拟图像余辉效果，以出现传感器运动时所拍摄的下视景像的像元灰度会维持一段时间才消失的现象。提取处于灰度变化明显的若干个区域边界的余辉线段，从而获得余辉线段的分布与无人机姿态呈现规律性的关系。3)提出一种基于余辉处理下视景像航姿解算的方法。针对余辉仿真得到的余辉线段随着航姿的变化形态，选择合适的余辉线段特征，逐一讨论无人机姿态角估计的方法。利用余辉线段呈现倾角和偏航角的对应关系，求出偏航角。对于俯仰或者俯仰、偏航运动同时存在的情况下的飞行姿态估计，引入机器视觉的图像雅克比矩阵，将无人机传感器系统看作无标定视觉伺服系统的简化，循环递推姿态角。对于滚动角也不为零的情况，在利用图像雅克比矩阵的同时，需要选取图像特征控制点，完成航姿的综合估计。4)设计GUI，导入真实视频以估计航行姿态。对航拍的视频首先进行预处理，将本文提出的算法和仿真集成，设计GUI界面及各个功能模块。通过对实时获得图像进行几何纠正与正下视航拍的基准图(航姿为零)对比，验证本文提出的航姿算法，仿真结果证实本算法是可行的。