四轴飞行器是一种新型的小型飞行器,与其它飞行器相比,四轴的机械结构非常简单,它的体积虽然小,但是飞行过程中却有着良好的稳定性,并且能够垂直起降,占地面积小,对起飞降落的条件要求不高,故障率低且易于维护,由于上述的优点,四轴飞行器在民用领域和军事领域都有广泛的应用前景,发展非常迅速。首先介绍了四轴飞行器的发展历史和研究现状,列举了一些国内外典型的飞行器,介绍了四轴飞行器的基本结构和工作原理,对四轴飞行器的各种飞行状态进行简单的分析。介绍了姿态解算对于四轴飞行器的重要性,给出两种姿态表示方法,通过对比选择计算量较小并且没有万向节死锁问题的四元数表示法。分析了卡尔曼滤波算法和互补滤波算法,选择更加适合小型四轴飞行器的互补滤波算法作为姿态解算的方法,在解算成功之后,将四元数转换成欧拉角表示四轴飞行器的飞行姿态,成功避免欧拉角的万向节死锁的问题。介绍了 PID控制器,选择对非线性系统有良好控制效果的串级PID控制器,以PWM的方式驱动空心杯电机实现四轴飞行器四个螺旋桨的转动。其次在理论分析的基础上,完成四轴飞行器的硬件设计,选用STM32作为四轴飞行器的控制芯片,选用3轴加速度传感器MPU6050作为惯性测量单元,通过HC05模块与遥控设备建立联系。之后对四轴飞行器的控制系统和遥控器的程序代码进行编写与设计。最后制作了四轴飞行器的样机,并进行了飞行实验,通过实际的飞行情况对飞行器的参数进行多次的修改与调试,最终实现四轴飞行器的稳定飞行。