多旋翼无人飞行器具有结构简单、易于控制、可悬停和垂直起降等优点,被广泛用于执行近地面环境下的监视与侦查等任务,具有广阔的军事和民用前景。导航技术是保证多旋翼无人飞行器完成任务的关键。目前,MEMS惯性/GPS/磁传感器/气压高度计组合导航方案是多旋翼无人飞行器通常采用的导航方案。由于多旋翼无人飞行器的成本控制、载重限制等原因,其机载导航传感器的精度较低,导航性能对GPS的依赖性很大,因此在飞行过程中如果遇到GPS信号受干扰、遮挡或屏蔽时,导航误差会迅速发散。因而针对如何提高旋翼飞行器在不同环境下的导航精度和可靠性,是当前国内外学者研究的热点之一。气动模型辅助导航技术是一种新型的自主导航方法,具有成本低、自主性强、适用范围广等优点,近年来开始得到国内外学者的重视,并开展了初步研究和验证工作。然而,目前对气动模型辅助导航方法的讨论大多在理想环境下进行,在实际应用时的导航精度和可靠性仍存在一些关键问题有待解决,如气动模型参数的在线辨识、风场对气动模型的干扰以及气动模型在容错导航中的进一步应用等。针对上述气动模型辅助导航方案存在的问题,论文首先分析了多旋翼无人飞行器的飞行动力学特性,并建立了适用于导航的多旋翼无人飞行器气动模型,提出了一种多旋翼无人飞行器气动模型辅助惯性的自主导航方案。然后针对气动参数不能反映模型时变特性的问题,提出了一种多旋翼无人飞行器气动模型气动参数实时在线估计的方法。同时,通过零空间可观测性分析方法,证明了气动参数在线估计方法的可行性。通过仿真分析,验证了该方法相对于气动参数离线辨识方法,在气动参数改变时,能有效提高速度和位置估计精度。针对风场环境对气动模型的干扰,论文提出了一种基于多模型算法的多旋翼无人飞行器气动模型/惯性自主容错导航方案,该方案建立了多旋翼无人飞行器在不同风场环境下的不同模型,应用多模型估计算法进行滤波融合,能够有效提高多旋翼无人飞行器在风场环境下的导航可靠性。并提出了一种多旋翼无人飞行器气动模型/惯性/GPS容错导航系统故障检测方法,可对多旋翼无人飞行器在恶劣飞行环境或大机动飞行状态下气动模型、GPS故障进行有效的检测与隔离。通过仿真分析,验证了这两种方案能够在气动模型不准确或GPS发生故障时,有效提高多旋翼无人飞行器的导航可靠性。论文最后开展了仿真验证和旋翼飞行器飞行验证工作,通过多旋翼无人飞行器的悬停和航迹自主飞行,对提出的气动模型/惯性/GPS容错导航方案进行了综合验证。验证结果表明,相对于传统惯性导航系统,气动模型/惯性/GPS容错导航方案的导航精度和可靠性有着较大的提升。较好的证明了本文提出的气动模型/惯性/GPS容错导航方案的正确性、优越性以及实际应用价值。