中国拥有世界上最大的光伏装机容量,并且该容量仍在逐年递增,光伏电站的运维巡检问题日益凸显。近年来,四旋翼无人机迅速发展,在高空搜索和监测方面展现了巨大潜力。利用旋翼无人机对光伏电站进行巡检,可以极大提高光伏电站的巡检效率和自动化水平。本文以面向光伏电站的旋翼无人机自主导航和巡检为背景,对无人机自主导航和巡检过程中的路径规划、红外视觉导航、无人机与地面站的通信等方面进行了相关研究和探索。根据光伏电站的分布特点,结合无人机巡检的目的和要求,将路径规划问题转化为区域间的路径规划问题和区域内的路径规划问题。前者转换成多旅行商问题,使用遗传算法进行求解,以获得各个子区域间的任务分配方案和巡检顺序;后者转换成覆盖式路径规划问题,通过坐标转换、外接矩形构建、路径点生成和PNPoly算法进行求解,得到子区域内的路径点。实验结果验证了算法的有效性。为了弥补基于路径点的导航巡检方式的不足,提出了基于红外视觉的自主导航和巡检策略。为了获得光伏组串的位置信息,设计了一种结合颜色特征、梯度特征和形状特征的光伏组串识别和定位算法;为了避免多行巡检时发生组串漏检或重检,设计了光伏组串重建算法;为了实现光伏组串中心线的轨迹跟踪和转向,提出了基于光伏组串位置信息的飞行速度控制方案和转向方案。实验证明了以上算法的准确性和有效性。建立了无人机与地面站的通信系统,以便对无人机进行监控控制,同时提高巡检的灵活性。此通信系统包括文件/消息传输、状态信息传输、图像传输、指令控制等四个功能模块。无人机客户端使用了4个独立的节点来分别实现不同的功能模块,地面站服务器使用了多线程服务器模型。同时,本文提出了各个子功能模块的实现方法,设计了服务器与客户端之间的交互协议。实验表明,该通信系统在无人机飞行过程中是有效且稳定的。