四轴飞行器是一种能够垂直起降和水平飞行的多旋翼飞行器,它能够在室内和其他自主直升机不能到达的地方飞行。近几年,科研人员对四轴飞行器各方面的研究工作在不断地深入,其主要原因是四轴飞行器具有能够获取自身所在环境有用信息的能力,以及采集初始状态、相关位置、速度、航向和姿态信息等数据的优点。当四轴飞行器在室内环境下,GPS信号受到干扰甚至丢失,无法利用GPS实现精准定位,因此需要一种全新的室内导航技术,实现室内精准导航。本文从四轴飞行器基本原理到控制系统设计,再到姿态解算与组合导航进行了具体的研究。首先本文对四轴飞行器研究现状和发展前景进行了介绍,并对四轴飞行器的基本原理、飞行姿态的表示方法,如四元数法、欧拉角法、方向余弦法,以及数学模型进行了研究。根据四轴飞行器系统功能,设计了四轴飞行器硬件系统和软件系统,并对设计的四轴飞行器安装、调试、制作PCB,完成了四轴飞行器实验软硬件平台的搭建。其次,本文创新地提出了两种飞行器组合导航方式来提高四轴飞行器室内导航的精度。其中,激光测距传感器校正四轴飞行器姿态的组合导航通过激光测距传感器所测数据进行数学变换来估算飞行器的姿态参数,再与惯性系统数据融合;另一种组合导航方式是通过融合四轴飞行器的成像、惯性与高度数据,来提高四轴飞行器的导航精度。最后,为了验证组合导航的有效性,分别用带有激光测距传感器及惯性系统的开发板依次进行静态、水平滑动和动态测试,用四轴飞行器实验平台进行了成像、惯性与高度组合导航实验。实验结果表明两种组合导航方式均能有效提高四轴飞行器导航精度。但是两种组合导航方式均存在研究不足和缺点,本文在总结中提出了后续研究工作的计划和展望。