四轴飞行器是一种结构新颖,飞行方式独特,性能卓越的可垂直升降多旋翼飞行器,在近几年军用和民用无人机领域占据着越来越重要的地位。关于四轴飞行器的各方面研究工作也在近几年不断进行全面、深入的开展,本文从四轴飞行器基本原理到系统设计,再到姿态解算和控制进行了具体研究。首先,本文介绍了四轴飞行器研究现状及发展前景,并对四轴飞行器基本原理、飞行姿态的欧拉角和四元数姿态表示以及数学模型及其辨识方法进行了研究。根据四轴飞行器系统功能,设计了系统硬件电路原理图,并完成安装和调试,搭建了四轴飞行器硬件平台。其次为理论部分设计,主要包括:建立飞行器数学模型,根据模型特点,设计了 Backstepping控制器,并进行仿真分析;根据惯性导航原理,设计姿态算法将陀螺仪和加速度计数据融合得到飞行器的姿态角度。最后为系统实现以及飞行测试。本文以STM32处理器为控制核心,MPU6050为姿态传感器,设计出了飞行器的外部架构模型;不仅如此,还凭借相关理论知识为基础,构建了飞行器的内部软件操作系统,并测试飞行。实验表明,本文设计的飞行器可以很好地跟随指令,飞行平稳,有很好的抗干扰能力。