最近几年,针对固定翼以及多旋翼等无人飞行器在理论和应用方面的研究变得越来越火热,很多高校以及研究机构都投入了大量的资金进行相关研究。四轴飞行器与其他航空器相比制作相对简单、价格也较为低廉,但却是一个拥有六个自由度四个执行机构的复杂不稳定的欠驱动系统。由于自由度和执行机构之间的非线性耦合,四轴飞行器的稳定控制变得更加艰难。也因此,其成为很多高校的数学建模仿真和控制算法验证的首选研究平台。本文针对四轴飞行器在其姿态控制以及其捷联惯导系统的传感器校准和姿态解算模块设计方面存在的问题做了以下工作:1、针对捷联惯导系统使用的MEMS传感器组成的惯性测量单元精度低、噪声大、容易引起积分漂移的特点,建立了惯性传感器以及磁力计误差模型并在此基础上对校准算法进行了优化,然后对传感器数据做了滤波处理。实验结果表明该算法可以显著降低传感器的测量误差,提高传感器抗干扰能力。2、提出了一种改进型自适应无迹卡尔曼姿态更新算法(Improved Adaptive Unscented Kalman Filter for Attitude Determination,IAUKF),通过将无迹卡尔曼滤波器与自适应Sage-Husa算法相结合,使观测方程的量测噪声统计特性在线更新,每次迭代只更新三个姿态角。该算法能够有效的解决MEMS陀螺仪的漂移和噪声问题。减小了运动加速度对加速度计的影响,提高了姿态更新算法的抗干扰能力,避免了扩展卡尔曼波姿态更新算法在线性化时的截断误差。其静态RMS误差小于0.75?,动态RMS误差小于1.65?。该算法特别适用于对于姿态解算精度要求高的中小型四轴飞行器的捷联惯导系统设计。3、针对PID控制器在四轴飞行器姿态控制过程中容易过饱和、超调较大的问题,为了进一步提升控制效果,在传统双闭环PID控制器的基础上对姿态环PID控制器结构进行了进一步的优化。并且使用自抗扰控制器代替了角速度环的PID控制器,设计了PD-ADRC层叠控制器。在MATLAB/SIMULINK中进行了仿真测试取得了期望效果。姿态和角速度跟踪曲线几乎没有超调,该控制策略有效的提高了姿态控制稳定性。最后在自行设计和制作的飞行控制板(自驾仪)上,对IAUKF姿态更新算法以及PD-ADRC姿态控制算法进行了进一步的验证和应用,取得了良好的控制效果,实现了四轴飞行器的稳定控制。