四旋翼无人机是一种体积小、机动性高、稳定性优良、拓展性能强的无人飞行器,应用范围广泛。随着科学技术的进步,无人机硬件系统设计和软件控制算法优化得到进一步发展,无人机逐渐朝着多功能、专业化方向发展。但是四旋翼无人机姿态解算精度受惯导元件精度影响。陀螺仪测量的角速度存在漂移误差,对角速度的积分运算将进一步产生累积误差;由于机体高频振荡,加速度计测量值混有高频噪声,又由于机体变速运动,加速度计测量值混有非重力加速度;磁力计易受周围磁场干扰。此外,在执行飞行任务过程中,四旋翼无人机受到外部环境和内部不确定因素的扰动,但是传统飞行控制算法PID是一种“基于误差而消除误差”的控制方式,需要等到扰动对四旋翼无人机产生影响后才能反应,有滞后效应,抗扰能力有限。本文选取四旋翼无人机作为课题研究对象,针对无人机姿态解算精度受限和飞行环境存在干扰问题,主要研究内容如下:（1）首先建立四旋翼无人机的载体坐标系（body frame,b系）和导航坐标系（navigation frame,n系）,选取四元数进行姿态描述和更新,避免了欧拉角姿态解算的奇异问题。针对四旋翼无人机的系统结构特性,基于牛顿-欧拉法建立动力学和运动学模型。针对四旋翼无人机飞行过程存在外部风力和自身气流的扰动问题,建立姿态解算和控制系统的仿真模型。（2）针对微惯性测量单元（Inertial Measurement Unit,IMU）精度低,测量数据混有高频、低频噪声等特点,提出一种Mahony和扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filtering,EKF）融合的姿态解算算法。针对非重力加速度引起姿态解算偏差,设计非重力加速度自适应算法,自适应正相关调节量测噪声协方差矩阵,即根据非重力加速度的大小,动态调整加速度计测量值的可信度,降低四旋翼无人机非重力加速度对姿态解算的干扰。（3）四旋翼无人机具有欠驱动、强耦合、非线性系统的结构特性,为了解决快速响应和超调的矛盾,提升对于外部环境的抗扰动能力,设计改进型自抗扰位置姿态控制系统,外环采用PD算法设计位置控制环,内环采用改进型ADRC设计姿态控制环,考虑到扩张状态观测器观测的总扰动存在高频抖动现象,在干扰补偿通道加入递推平均低通滤波器处理,提升系统指令信号跟踪能力和抗干扰能力。