本文的主要目标是设计一套可以完善执行飞行任务的四旋翼飞行器系统,该系统不仅包括飞行器自身和传感器系统的硬件设计,还包括飞行器控制算法和传感器数据融合算法,同时为了保证飞行任务的顺利完成,还包括了地面站软件的设计。本文首先回顾了四旋翼飞行器在历史发展过程中艰难曲折的演化过程,也叙述了随着近代微机电技术的突飞猛进,多旋翼飞行器技术呈井喷式爆发的现状,并分析了国内外四旋翼飞行器的研究现状和相关成果,本文所设计的四旋翼飞行器系统也是基于前辈们的工作进一步的深入和改进。然后本文基于四旋翼飞行器定义了机体坐标系和惯性坐标系,再通过牛顿力学建立了四旋翼飞行器的姿态动力学模型和位置动力学模型。根据飞行器的实际情况,提出了几点假设,基于假设对四旋翼飞行器的数学模型进行了简化。并且基于简化的模型设计了姿态和位置的PID控制器。本文还介绍了经典的卡尔曼滤波器以用于传感器数据滤波,在传感器系统中的姿态测量和位置推算中用到卡尔曼滤波以融合传感器数据,提高信息准确度,保证四旋翼飞行器的控制器运行稳定。为了完成整个系统的设计,本文对该系统的硬件实验平台进行了详细的描述。尤其针对其中非常重要的传感器系统和主控系统两部分,分别对其性能、参数以及功能接口等进行了更加详细的说明。基于本文所搭建的实验平台的基础上,还对数据采集、位置换算以及数据融合等四旋翼飞行器系统实现的关键技术进行了详细的讲解。本文最后介绍了地面站控制系统软件的需求分析和软件设计,基于C#编写了一套用于与多架四旋翼飞行器通信并布置飞行任务的地面站软件,用Google Map和Google Earth的开放API实现了2D/3D电子地图显示。