近年来，随着无人机技术的快速发展，四旋翼飞行器(Quadrotor Helicopter)的研究与设计成为了一个研究热点。四旋翼飞行器属于旋翼式飞行器中的一种，其体积小、结构简单。通过其四个旋翼的协调配合可以对其飞行姿态和飞行速度进行较为精确的控制，从而不需要一些其它复杂的桨矩控制部件。四旋翼飞行器无论在民用还是军用方面上都有广阔的应用前景。　　本课题首先对四旋翼飞行器的姿态传感器在飞行控制中的作用进行了介绍，分析了其工作原理及硬件的组成。本课题通过对姿态传感器进行空间建模和分析以及对卡尔曼滤波器的应用，有效的将陀螺仪与加速度计的姿态数据进行了融合，得到了较为准确的姿态数据，实现了无论是在动态还是在静态的条件下都可以有效跟踪的目标。　　接着本课题对四旋翼飞行器进行了力学上的分析，讨论了单个旋翼产生的升力和四个旋翼所具有的飞行控制上的特点，并从理论上对四旋翼飞行器的升力、力矩、角度之间的关系上进行了说明。这些力学上的分析，为四旋翼飞行器的设计和飞行控制方案提供了基础。　　本课题接着又对四旋翼飞行器的软硬件进行了设计。硬件上先后采用了C8051F040和TMS320F28335为处理芯片来设计飞行控制板，采用PWM方式或者I2C方式发送控制命令对直流无刷电机进行驱动。在软件上，对四旋翼飞行器的飞行控制系统的主循环进行了规划；对姿态传感器数据的采集与解算进行了程序上的实现；设计了分段式PID控制器用来对飞行器姿态进行控制。　　最后本课题设计了姿态传感器测量效果的检测实验，验证了其的检测效果。对四旋翼飞行器的飞行控制系统进行了仿真，验证了其可行性。并分别对四旋翼飞行器两个轴(X轴、Y轴)的平衡控制效果进行了实验的验证。