室内定位作为一种辅助复杂飞行系统开发的重要手段,被广泛应用于多飞行器系统的研制。在室内定位过程中获得的飞行器运动学参数是非常重要的试验数据,可以被用于多飞行器协作控制与导航算法的开发、飞行器制导控制系统考核以及为飞行器控制系统性能评估。本文以多飞行器运动室内定位视觉系统研制为背景,针对汇聚式多摄像机布局条件下多飞行器的运动定位问题,提出一种飞行器运动参数精确求解的方法。并对多飞行器运动室内定位系统研制过程中涉及到的球形合作靶标高精度定位、汇聚式多摄像机标定以及多点目标跟踪与识别等问题进行了探讨与研究。首先,针对视觉定位中的球心成像点高精度定位问题,分析球形靶标透视投影成像过程,在此基础之上建立其投影模型。针对球形靶标成像边缘的子像素定位问题,考虑成像边缘的模糊效应,建立子像素定位边缘模型,并结合Zernike矩边缘定位算法实现对球投影成像边缘的子像素定位。针对球心成像点定位误差补偿问题,根据球心透视投影成像模型,结合球成像边缘子像素定位结果,推导球心成像点定位误差补偿的闭式解,实现对球形合作靶标中心成像点的高精度定位。其次,针对多飞行器运动室内定位系统中汇聚式多摄像机的标定与三维重建问题,研究一种基于一维(1D)标定靶标的汇聚式多摄像机标定方法。考虑汇聚式多摄像机运动定位系统的特点,建立多摄像机标定模型,采用分层重建策略,利用随机采样一致(RANSAC)法,结合一维标定杆的欧氏长度计算并恢复得到系统中所有的摄像机矩阵。针对多视图条件下的特征点三维重建问题,根据特征点在不同视角中成像的不确定性分析结果,确定不同视角的测量信息在三维重建中的权重,提高三维重建精度。同时,利用三维重建结果,采用迭代求解方式对初始标定结果进行精炼求解,进一步提高摄像机标定精度。再次,针对多飞行器运动室内定位过程中合作靶标点的三维跟踪与识别问题,研究一种考虑目标位移矢量一致的多目标在线跟踪方法。在对多目标跟踪问题进行数学描述与分析的基础上,将数据关联问题转化为一个二维线性分配问题,通过分析飞行器的位置与速度的时空一致性,求解得到数据关联代价矩阵,利用贝叶斯滤波方法实现多飞行器轨迹的跟踪。对于靶标点识别问题,在飞行器初始位置不重合的假设下,求解特征点三维轨迹测量数据构成的Hankel矩阵的秩,缩小相似轨迹判断范围,提高识别效率,利用Hausdorff距离处理粗识别后的轨迹,注册每一个飞行器的轨迹编号。最后,针对飞行器运动室内定位过程中的运动估计问题,建立一个多飞行器运动室内定位视觉系统,考虑飞行器上合作靶标点布设的特点,提出一种基于坐标系全局标定与向量交叉相结合的飞行器位姿解算方法,求解得到合作靶标点数据已经关联的飞行器运动估计初值。同时,考虑到多目标跟踪算法的轨迹跟踪不唯一性,位姿解算得到的运动估计初值存在的累积误差问题,在图优化理论的框架下,建立图模型,结合回环检测实现对整个量测过程中飞行器的运动估计结果的全局非线性优化,求解运动估计的全局最优化值。