近年来，小型四旋翼飞行器成为了无人飞行器研究领域的热点。四旋翼飞行器结构简单、机动性强、成本低廉、便于维护，并且可以垂直起降，能够实现空中悬停。由于四旋翼飞行器在军用和民用方面展现出来了巨大应用价值，国内外很多高校和科研机构纷纷投入到四旋翼飞行器的飞行控制研究中。四旋翼飞行器涉及空气动力学、计算机控制技术、自动控制原理及现代控制技术，从而拓宽了其研究领域。其中机载的传感器和处理器是飞行控制器的重要组成部分，是实现四旋翼飞行器自主飞行的关键设备。
　　本文以小型四旋翼飞行器为研究对象，以自主设计的飞行控制电路板及飞行器机械结构作为硬件平台进行研究，主要工作围绕四旋翼飞行器的姿态控制、位置控制和功能性开发三方面展开论述。
　　首先，介绍了国内外对于四旋翼飞行器的研究现状，对现阶段主流的控制方法进行了总结。介绍了四旋翼飞行器的飞行原理及空气动力学特性，在其运动原理的基础上，建立了四旋翼飞行器的六自由度数学模型。另外，介绍了欧拉角法、四元数法和方向余弦法三种姿态描述方法。在本文中将四元数法和欧拉角法相结合用来更新和描述姿态，使用串级PID设计了姿态控制器并进行了实际调试，取得了较为理想的效果。同时本文设计了滑模姿态控制器，并进行了仿真验证。
　　其次，为了准确获取飞行器的竖直方向状态，使用IMU和气压计相融合得到了飞行器的飞行高度和爬升速度;为了准确反馈飞行器的偏航角，解除飞行器在经度和纬度上位置控制的耦合，对磁罗盘进行了椭球矫正。以上述良好的姿态控制为基础，在气压计、磁罗盘、GPS等传感器的参与下，对其位置控制分别设计了高度控制器和水平位置控制器，实现了无人机的空中悬停。
　　最后，以四旋翼定点悬停作为基础，进行了部分功能性的开发，分别是基于Lyapunov导航向量场无人机盘旋、基于L-F的多机编队以及基于导航信息和图像信息的无人机自动跟踪拍摄功能。以上研究在理论推导成立和仿真效果良好的前提下，在实际平台上进行了验证，在嵌入式飞控设备上进行了实现，也取得了较为理想的效果。