在无人机领域中,以四旋翼无人机为代表的研究不断深入,近些年来四旋翼无人机在航拍领域的应用也越来越多,商业化也逐渐成熟起来,促进了行业内对于无人机控制系统各种的更高性能要求,所以四旋翼无人机控制系统性能指标上的提升成为了越来越多的学者主要的研究方向之一。本文在自主开发设计的四旋翼航拍无人机实物平台上进行研究工作,完成基于扩展卡尔曼组合导航算法的状态估计和基于自抗扰控制技术的姿态位置控制器设计,进行实物测试验证本文研究对象的应用效果,本文具体内容如下:首先,进行四旋翼航拍无人机控制系统数学建模,介绍出了坐标系,位姿描述和旋转变换等无人机控制系统的基本理论,然后对无人机不同结构布局的飞行模式进行阐述研究,最后采用Newton-Euler法构建位姿控制系统的运动与动力学方程,为无人机组合导航和控制器设计打下重要基础。其次,进行四旋翼航拍无人机组合导航算法设计,此设计为位置和姿态控制系统提供反馈信息,如果状态估计准确且鲁棒,控制器的设计与调试就会变得更加容易实现,位置和姿态控制器的性能也会得到进一步得加强。通过介绍和分析对传感器的初始误差进行了校准,并设计出基于扩展卡尔曼的组合导航算法估计无人机实时并准确的位姿与速度状态,对姿态估计中加速度计传感器测量到的运动加速度影响姿态估计效果的问题提出了有效的解决方法,实现了飞行角度大于40度和飞行速度超过20米每秒的准确状态估计。最后,为四旋翼航拍无人机设计自抗扰控制器,本文提出了一种可以实现全姿态飞行控制的方法,并且基于自抗扰控制技术完成了姿态内环控制器设计,有效地解决了使用欧拉角进行姿态控制时,姿态解算中所带来的三角函数运算量大的问题,设计出位置控制器实现对无人机位置的控制。在此基础上完成实物搭建与飞行测试,结果表明悬停飞行的姿态控制误差小于0.6度,最远距离超过650米的位置控制无超调,验证了本章所设计的控制系统具有一定的应用价值。