无人驾驶飞行器(简称无人机)相关技术随着科技的发展已经取得了长足的进步,从最初仅仅作为军用靶机而存在,到现在能够在军用和民用领域大展身手,执行多种多样的任务,无人机在现代航空领域所起的作用越来越重要。但是由于自身体积较小限制了燃油的携带量,大部分的无人机只能保持4至5小时的滞空时间,这一滞空时间往往是不够的。考虑到现今的有人驾驶飞行器空中加油技术较为成熟,如果能加以改造使之可以用于无人自主空中加油上,那么就能有效提高无人机的航程,大大提高无人机的任务执行能力。通过对现今有人驾驶飞行器的分析可知空中加油可以大致分为准备、对接、加油、分离四个阶段,其中对接阶段是难度最大的一个阶段。在对接阶段中加油机放出一根末端带有漏斗状浮锚的加油软管,而受油机要将自己的加油管插入浮锚中。而浮锚会受到气流影响进行无规则运动,需要加油机以极高的精度进行控制才能顺利完成对接。在对接时传统的导航方法如GPS导航的精度无法满足要求,因此需要开发高性能的视觉导航系统。本文在TMS320C6748嵌入式平台上设计实现了一种用于长航时无人机空中加油的全天候视觉导航敏感器。主要包括:(1)采用红外主动光源在加油机端设计了目标标识器的结构,采用PSD(Position Sensitive Detector)作为红外光敏感器件,在受油机端设计了目标标识器信号采集处理系统的结构。(2)设计实现了受油机端光信号的采集,调制-解调方法,在受油机端分离目标标识器的多个目标。(3)设计实现了受油机端视觉导航敏感器的标定方法,得到了视觉导航敏感器的内参数和畸变参数。(4)设计实现了加油机和受油机相对位置和姿态的解算方法。(5)对设计的全天候高速视觉导航敏感器进行了实验验证。包括各模块的功能实验和性能实验,敏感器整体功能实验和性能验证,以及在不同类型干扰混入情况下的实验验证。结果表明,本文设计的全天候高速视觉导航敏感器具有较高的视觉测量精度和较高的工作频率,并具备较强的抗干扰能力。