我国是一个海洋大国,海洋运输在国民生产中占有重要地位,在十三五规划中,国家提出重点发展海洋战略。本文以此为契机设计一款应用于海洋环境监测的四旋翼飞行器,该飞行器的创新点是利用四旋翼飞行器的小巧灵活性,挂载海洋环境监测的多种传感器对环境进行监测,利用Lo Ra无线传输技术,进行上下位机通讯,并能通过携带FPV摄像机对船舶与海洋领域进行信息采集,达到远程监管海洋环境的目的。针对海洋环境较为恶劣特点,本论文采用先进的模糊自适应PID控制理论来提高飞行器姿态快速响应,达到稳定飞行的效果,最终将采集到的环境数据在Lab VIEW上位机软件中显示出来。本文的研究工作主要包括:(1)从四旋翼飞行器的结构、飞行原理角度出发,建立动力学方程。并对空间坐标系和机体坐标系坐标转换分析,解决4个输入控制量,6个状态输出量的控制系统问题。针对四旋翼飞行器的4个无刷电机作业时,会对机体姿态传感器的加速度计产生噪声干扰的缺陷,本文采用卡尔曼滤波算法消除陀螺仪累积误差,更好地让加速度计和陀螺仪进行数据融合,减小获取姿态角的误差。(2)硬件设计选用STM32F405作为主控芯片,独立设计飞控核心板、无刷电子调速驱动器的电路原理图,并用Altium Designer软件进行PCBLayout电路板设计。对遥控器2.4G编码数据包PPM编码分析。(3)针对海面风浪恶劣环境,飞行器的控制算法是核心技术。论文分别对飞行器的PID控制以及模糊自适应PID进行实验对比,并采用双闭环对四旋翼飞行器的姿态和位置控制,通过MATLAB/Simulink平台将仿真的数据波形进行对比分析,得出模糊自适应PID对四旋翼飞行器姿态调节更快、更优的结论。(4)对海洋环境中四旋翼飞行器所载荷温湿度、空气质量(PM2.5、PM10)、有毒气体、5.8G视频模块的通讯方式分析,用Keil软件编程,让MCU中断响应接收数据报文,并对数据包接收过程进行详细讲述,并最终将采集到的海洋数据信息通过无线数传的形式发送给地面数据站。(5)利用Lab VIEW设计一款上位机软件,把接收过来的海洋环境数据在仪表盘中显示出来,方便用户更直观的监测环境数据的变化情况。