四旋翼飞行器以其独有的优势受到广泛关注,但又因其续航能力问题,导致四旋翼飞行器的应用受到一定局限,在恶劣环境下尤为严重。因此有必要设计一款能够自主充电的四旋翼飞行器,实现四旋翼飞行器无间断连续工作。首先,在查阅大量资料的前提下,确定了四旋翼飞行器自主充电系统的实现方案与组成架构。其次,在对四旋翼飞行器与充电站自主精准对接方面进行理论研究与可行性分析的基础上,结合当前技术现状确定采用INS/GPS与视觉着陆导航相结合的方案进行自主精准对接着陆研究,采用了张正友标定法对相机进行标定,获得相机矫正参数,焦距等信息;同时为去除图像中干扰信息,采用Findcontour轮廓查找算法对图像包含的轮廓信息进行过滤,提取出四旋翼飞行器与着陆信标之间的相对位置信息;针对四旋翼飞行器降落过程中传感器噪声对位置信息干扰这一问题,采用卡尔曼滤波算法对位置信息的噪声进行滤波,并采用Gazebo仿真软件对视觉着陆导航算法进行验证,结果表明所用策略可行。然后,针对四旋翼飞行器严苛的工作条件的限制,以及在对多种无线充电方式研究的基础上确定采用磁耦合谐振式无线充电的方案。为解决磁耦合无线充电效率低下的问题,研究了不同的电路补偿拓扑结构及其电压增益方程,并采用Ansys Maxwell与Simplorer联合仿真的方式确定了采用发射侧串联、接收侧串联补偿电容的方式以此提高充电效率。针对充电过程中电压无法根据负载变化进行快速响应这一问题,采用电压、电流双闭环反馈控制器控制电压的策略,以实现充电电压根据负载变化进行快速响应。最后,搭建四旋翼飞行器及充电站进行部分功能验证,取得了较好的效果。仿真及实验结果表明,本文研究的四旋翼飞行器自主充电系统能够实现四旋翼飞行器与充电站精准对接,并采用无线充电方式进行充电,为四旋翼飞行器高效使用提供了一种解决方案。