无人机是一种灵活性较高,容易部署,并且能够按照需求执行特定飞行任务的飞行器。近年来,随着科学技术的不断发展,许多传感器也逐渐变得小而精,四旋翼无人机更随着传感器精确度和准确度的提高而逐渐成为研究热点。目前在室外环境中,四旋翼已经有很多成熟的应用,例如航拍无人机、地图测绘无人机、搜救无人机等。但对于具体目标的感知与跟踪,还有较大的进步空间,而目标跟踪又是无人机一项极为重要的功能,在侦查领域中不可或缺,因此研究无人机对目标的识别与跟踪系统具有重要意义。本文设计了一款四旋翼无人机目标跟踪系统。该系统由飞行控制板、动力套件、单目相机、机载计算机、PC地面站以及一些外置传感器如GPS、气压计等组成,具有机体控制、室外定位、环境感知、目标检测、目标跟踪和地面站监控等功能。本文主要工作有飞控硬软件设计、算法设计与优化、功能测试及结果分析等。本文研究了拓展卡尔曼滤波算法,融合了多种传感器数据来估测无人机的位置和姿态。此外,使用了精确度高、鲁棒性高的串级PID控制算法实现机体的位姿控制。环境感知方面,通过单目相机获取环境信息,使用YOLO目标检测算法得到视野中目标的种类和位置,并结合单目测距算法对目标进行测距。论文最终使用KCF框选跟踪算法,实现对目标的跟踪功能。本文以实现无人机的目标跟踪为切入点,将目标检测算法与目标跟踪算法相结合,设计并实现了完整的室外无人机目标跟踪系统,对无人机的位姿控制、相机测距、目标检测、目标跟踪功能进行了测试和验证。实验结果表明本文设计的无人机飞行定位准确、鲁棒性好、跟踪能力优、安全性高。