近年来,多旋翼无人机由于其体积小,造价低,使用方便等优点,被越来越多的应用于航拍,公安,农业,电力等行业。但在实际应用中,无人机传感器系统仍存在姿态角估算误差大,高度数据不稳定,控制效果差等问题。针对以上问题,本文对无人机传感器系统进行如下研究与改进:(1)根据实际应用设计了多旋翼无人机传感器系统的硬件架构及各个传感器模块,包括IMU模块,地磁模块,GPS模块。其中IMU模块用于完成无人机的姿态估算和高度值的获取,主要由MEMS加速度计,陀螺仪和数字气压计组成。地磁模块用于获取地磁场信息。GPS模块采用精度较高的RTK系统,用于采集无人机的高度和速度信息。(2)在传感器系统硬件基础上,本文设计了 IMU模块和地磁模块的嵌入式软件,通过在IMU模块中植入FreeRTOS实时操作系统来提高模块实时性。此外还设计了 GPS模块的数据接收程序。(3)在实际飞行时,加速度计数据中包含有动加速度成分,导致姿态估算出现较大误差,本文考虑将动加速度作为噪音项导入观测方程,再结合扩展卡尔曼姿态估算算法得到准确的姿态信息,并将优化的算法分别与互补滤波算法和商用传感器Ellipse-N进行对比验证。(4)由于气压计获得的高度值不精确且存在漂移,导致无人机高度控制效果不佳,本文根据实际项目需求,使用RTK系统提供的高度和速度信息,并结合参考模型滑膜控制(MRSMC)方法实现无人机精确的高度控制,并通过实际飞行验证改进效果。