四旋翼飞行器属于旋翼式无人飞行器中的一种，是一种由四个电机驱动的、可垂直起降的，多旋翼式遥控自主飞行器。与传统的无人飞行器相比，四旋翼飞行器具有机动性强，体积小，可以快速改变姿态，适用于多种恶劣的环境，最重要的是能够在一些受限环境中飞行。本课题以四旋翼飞行器为研究对象，以ARM为核心，搭建飞行器硬件平台，并基于此平台，实现四旋翼飞行器的姿态控制。由于四旋翼飞行器具有体积小、重量轻、功耗低等特点，本课题提出了一种数字式飞行控制系统的总体结构。本文首先对小型四旋翼飞行器的国内外研究现状进行了简单的介绍；其次对四旋翼飞行器自动驾驶仪的功能及其飞行原理从理论上进行了阐述，然后对四旋翼飞行器自动驾驶仪的硬件平台进行了总体结构的分析和设计，以ARM芯片为主控芯片，完成了系统的主控模块、传感器模块、执行模块的硬件选型及电路设计。根据四旋翼飞行器的传感器模块数据的特性，需要对飞行器的陀螺仪及加速度计进行数字滤波器设计。根据四旋翼飞行器传感器数据的频率特性，设计了几种数字滤波器，并根据数据的频率特性建立相应的滤波器的系统函数，同时基于MATALB/SIMULINK建立四旋翼飞行器的滤波器模型，通过仿真结果及滤波器幅频特性曲线的对比分析，选择一种适合于四旋翼飞行器的数字滤波器。四旋翼飞行器通过调节电机的转速来改变四个旋翼的升力，从而控制四旋翼飞行器的飞行姿态，本课题制作了四旋翼飞行器的机构外形，并以ARM为主控芯片设计了实物硬件平台。并针对四旋翼飞行器，提出了一种基于四元数法和卡尔曼滤波的姿态控制算法，然后通过分析卡尔曼滤波处理的姿态数据和未经处理的姿态数据进行了测试，实验验证了硬件和软件的功能和可行性，实现了对四旋翼飞行器自动驾驶仪姿态和航向的准确测量。通过对四旋翼飞行器自动驾驶仪平台的设计和研究，可以实现四旋翼飞行器各个系统设计并行进行，减少四旋翼飞行器不必要的重量，同时有利于提高四旋翼飞行器系统的可靠性，降低四旋翼飞行器的设计成本，并且可以通过此平台扩展其他子系统。