四轴无人机是一种直起直落的可控飞行系统,通过对四轴无人飞行器的四桨转速控制,可以使其在空中实现可悬停的、全方位的稳定运行。这种可悬停的能力给四旋翼带来更多的能力包括搜救和空中监视作业。四个对称均匀分布在具有四个端点交叉结构上的转子作为四轴无人机的输入,同时有六个状态输出。对四个转子的控制即可改变四轴无人机的姿态。通过对四轴无人机的物理结构和飞行器动理论的研究,结合牛顿力学和刚体力学理论对四轴飞行器进行数学建模,提高系统的可控性和稳定性。在以上理论的基础上,本设计中使用意法半导体(ST)的单片机STM32F103RBT6,通过驱动陀螺仪、地磁传感器、加速度计,将数据滤波后送入四元数转换器中运算,得到四旋翼内环姿态,即偏航角、俯仰角、滚转角。通过读取气压计、GPS数据,可以确定四旋翼的地域坐标。通过对四轴无人机的姿态解算和PID控制,可以保证其飞行的稳定性和可靠性;通过对四轴无人机的轨迹进行规划,可以使其实现自主飞行。四轴无人机的软件算法主要由加速度计校正、姿态计算和姿态控制三方面组成。本文采取最小二乘法校正加速度计。并对其校正效果进行了采样分析,得到了其误差比。通过理论研究和对实验得到数据进行分析,对比了姿态插值法、姿态梯度下降法、姿态互补滤波法的优缺点,选择互补滤波法来解算四轴无人机的姿态,并采样分析了互补滤波法的性能。采用欧拉角法和四元数法进行四轴无人机的姿态控制。最后采用RVMDK编译器进行了算法的软件编程使用的语言为C语言。