四轴飞行器是目前发展迅速且应用较广的新型无人飞行器之一,由于其结构新颖、操作简单、性能优越,涉及众多有着高、精、尖技术的领域等优点而备受关注。本文旨在依靠四轴飞行器独特而又灵活的运动方式及优越的可控性,提出了采用四旋翼飞行器作为循迹导航的载体,实现定位以及循迹功能。论文研究的重点是在于对其循迹功能、导航功能的设计以及其控制系统的实现。本论文通过学习和掌握四轴飞行器的结构特点、飞行控制理论、姿态解算方法、PID参数调节,设计了以ARM@STM32F4处理器为核心、六轴加速度计MPU6050、GPS定位辅助的惯性测量器件的飞行控制系统。系统采用了以摄像头模块获取地面图像信息并对其进行二值化处理,得到黑白二值化路径,经平滑滤波后规划出最佳路径;根据采集的多种传感器实时的测量数据、估算运动姿态;使用卡尔曼滤波进行预值、PID算法进行反馈得到实际位置到达期望位置所需要的电机调节量,通过PWM信号控制电机调速,来调整飞行器运动姿态;进而以边调整边运动的方式实现循迹导航的功能。本论文在系统软件设计中,涉及了欧拉角到四元数的姿态描述以及变换方式,采用互补滤波、融合滤波等算法,达到了很好的预期效果。论文最后对设计后实物进行了实验测试,结果表明设计的四轴飞行器可以实现四轴飞行器按预定路线导航的功能,为基于四轴飞行器平台,完成飞行器自主飞行以及图像分析提供了一套可行的技术方案。