无人机凭借其良好的机动特性在各领域得到广泛应用,而自主飞行的前提是有稳定可靠的导航系统作为支撑。在无遮挡的室外环境中,无人机导航主要依赖于全球定位系统,一旦在室内等卫星信号丢失或难以获得的场景中,无人机需要其他辅助或替代方式来实现精准的导航。因此,本文以无人机室内导航为背景,以旋翼无人机为对象,基于视觉惯性里程计,重点研究无人机室内导航系统中的定位和路径规划问题,并进行可行性分析。主要研究内容如下:针对无人机室内导航过程中存在缺乏GPS信号无法定位的问题,引入了视觉惯性里程计方案。前端利用ORB和IMU预积分完成视觉特征点提取与惯性数据约束,之后通过传感器联合初始化完成数据间的时间轴对齐;后端采用视觉惯性紧耦合进行数据融合,从而获取无人机位姿信息,并基于非线性优化对融合误差进行处理,实现导航定位。针对传统A*算法规划的无人机室内飞行路径存在紧贴障碍物和尖锐转角的问题,提出了改进人工势场法的A*路径规划算法。采用A*算法完成飞行范围内的初步路径规划后,引入人工势场,优化路径折点,使无人机飞行路径远离障碍物且避免尖锐转角。在Matlab对比仿真和Gazebo物理仿真中分别对改进内容进行了验证,结果表明所改进的路径规划算法可以达到预期效果。结合无人机室内导航需求,选用Pixhawk4及其配套的硬件设备搭建了无人机飞行实验平台。以PX4固件和ROS为基础设计了软件架构,在实际环境中对基于多传感器融合的无人机室内导航方法进行物理实验验证。通过数据分析表明,无人机在室内的定位偏差维持在±0.1～0.2m,所规划的路径远离障碍物且未出现尖锐转角现象。由此可见,本文提出的导航系统方案在无人机室内定位和路径规划方面具有可行性与应用价值。