随着微小型处理器、传感器、电机等技术的前进,以及姿态解算方法和控制算法的发展,多旋翼飞行器的研究和开发受到广大科研院校及科技公司的关注。飞行器的姿态控制研究是其核心内容之一,直接影响着其性能及推广应用。论文从学习研究四旋翼飞行器整体系统的角度出发,选用低成本、高可靠性的微小型传感器模块及处理器设计四旋翼飞行器样机,旨在通过优化数据处理及控制算法改善飞行器的稳定性及可靠性,为开展飞行器完全自主飞行研究。首先,制定研究所需飞行器的设计要求,选用合适的机架及配套的电机、电子调速器(电调)及供电锂电池,初步构成四旋翼的框架。设计了以STM32F103为主控微处理器,集成加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计,同时外扩连接GPS模块、超声波、通信模块等,实现飞行器的运动及姿态相关信息的测量,完成了四旋翼飞行器的硬件的搭建。其次,对四旋翼飞行器的姿态解算及控制算法进行设计。针对单一传感器测量精度差、可靠性低的问题,设计了基于信息融合的姿态解算法,利用互补滤波的方法,将加速度、陀螺仪和磁力计的测量值根据其特点进行基于四元数法的综合解算,得到姿态角的最优估计；高度及位置测量中采用了分散卡尔曼滤波的融合算法,将超声波、气压计、GPS和加速度计的测量值融合解算,得到高度和位置的最优估计,实现了姿态位置信息的实时可靠获取。同时根据四旋翼飞行器的动力学特点及控制策略,设计了基于改进PID的姿态角实时调整控制方法,以及基于姿态角控制的位置控制算法,提高飞行器的运动稳定性。最后,介绍了四旋翼飞行器的主要模块的软件设计及流程,在MDK-ARM v5嵌入式开发平台上实现飞行器的软件功能的设计及调试工作,针对飞行器的硬件平台及模块进行了调试验证,最后对飞行器进行了试飞调试,验证其性能。