四旋翼无人机综合了电子、通信、机械、控制与导航等众多关键技术,近些年来,随着无人机逐渐从军用转向大规模民用,四旋翼无人机凭借使用方便、成本低廉、机动性高等优点,在一些高重复性甚至危险的工作任务中得到广泛应用,成为许多应用领域的“新宠”,比如环境监测、交通管制、电力巡检、油管巡检、电商快递、农业植保等等。无人机在进行这些作业时,基本都要涉及循迹或路径跟随,但由于现实中环境复杂,并存在各种干扰,如GPS信号存在丢失或者干扰的现象等,如何快速又准确地实时完成循迹或路径跟随,提高无人机飞行控制可靠性,是无人机高效完成任务的关键。为此,本文对四旋翼无人机飞行控制系统循迹及路径跟随方法进行了相关研究,提出了以圆环-半圆环交点检测方法为基础的基于视觉导航的循迹与路径跟随算法,并使用MATLAB/Simulink系统进行了建模和综合仿真验证。本文以四旋翼无人机为研究对象,在阐述四旋翼无人机飞行原理基础上,建立其数学模型,设计了四旋翼无人机飞行控制系统框架与无人机路径跟随控制流程。然后对图像预处理方法进行了详细研究,分析了几种常用的滤波算法,通过图像灰度化与阈值分割后得到二值图像,完成将图像数据转化为路径跟随数据,根据实际中具体需求选择特定形状、大小合适的形态学结构元素,通过形态学滤波自动适应各种宽度的目标路径。为了快速准确识别较为复杂的路径,提出了一种新型的基于视觉的圆环-半圆环混合交点检测路径跟随算法,该算法能够较好并快速地识别直线与曲线混合路径。最后在Simulink仿真平台上通过自建的路经检测与跟随算法模型进行了四旋翼无人机飞行路径跟随控制任务测试与仿真,验证了算法模型对不同路径的识别效果,以及不同速度下算法模型对同一路径的识别效果。仿真试验结果表明,以圆环-半圆环交点检测算法为基础的基于视觉导航的循迹与路径跟随算法能够较好地识别并准确跟随各种路径,具有较好的应用价值。