近几年,随着微机械和微电子技术的发展,使得越来越多的学者或企业开始接触多旋翼无人机领域的研究。多旋翼无人机相比较传统的固定翼无人机而言,具有可垂直升降、悬停飞行、机身质量轻、体积小、造价低廉等优势而应用于军事和民用等相关领域。多旋翼无人机作业在一般出现在场景多变、地形复杂等条件不定的户外环境中,能否长时间悬停稳定飞行是多旋翼无人机非常重要参数指标。本文以八旋翼为研究对象,针对八旋翼悬停飞行问题进行了如下研究。首先从多旋翼结构和原理分析出发,针对八旋翼非线性、强耦合、欠驱动、多输入多输出的特性,对其动力学建模分析和公式推导建立理论上的数学模型,解耦出八旋翼多输入与多输出之间的数学表达式。并对八旋翼飞控系统涉及的滤波算法和姿态解算算法做了相关分析。传感器数据采集以及遥控数据接收过程中的数据涉及相关数字滤波处理。本文分析了卡尔曼滤波算法在姿态数据滤波中的优势并做出详细推导和仿真测试。通过分析推导四元数法在地理坐标系和机体坐标系之间的转换矩阵得出四元数表示姿态角的矩阵关系表达式。然后设计八旋翼飞控系统硬件方案,包括中央控制单元、导航系统单元、电源管理单元、电机驱动单元、指令接收单元以及数据交互单元,并详细分析各单元模块硬件电路设计。通过PCB设计、打样、焊接以及调试四个阶段完成飞控系统硬件设计。控制算法是飞行控制和悬停研究的关键,通过对传统PID控制算法、双闭环串级PID控制算法以及RBF神经网络算法展开分析研究,并结合八旋翼数学模型,使用MATLAB工具对RBF神经网络PID控制算法仿真分析,控制效果非常理想,但由于硬件限制原因最终选用双闭环串级PID控制算法为飞控系统核心控制算法。接着设计上位机整体方案结构,按模块化编程思想将上位机软件划分为若干功能模块,详细分析数据通信协议并解析协议帧数据内容。使用C#编程语言完成各功能模块编码与调试工作。最后对八旋翼软硬件系统进行平台调试与户外飞行实验测试。结合上位机软件和调试平台完成八旋翼地面调试工作;户外实验测试主要测试其户外低空悬停、高空悬停、一键起飞降落悬停性能。实验测试表明本设计达到预期要求,完成了八旋翼悬停技术研究。