四旋翼飞行器(简称四轴,quadrotor)因为其结构简单、体积小、机动性强等特点成为了目前导航和控制研究领域的热点。一般来说,四轴的室外导航系统都采用美国的GPS进行定位,从系统安全性和自主知识产权两个方面考虑,采用由我国自主研发的北斗卫星导航系统BDS进行定位的需求变得愈发紧急。另一方面,四轴的视觉着陆功能不仅增强了飞行器的自主性,更拓宽了它的适用范围,因此研究四轴的视觉着陆技术有着十分重要的意义。首先,本文针对四轴姿态估计问题设计了一种自适应步长的梯度下降卡尔曼滤波器,并加入磁力计组建姿态航向参考系统(Attitude Heading Reference System,AHRS)。相比较标准扩展卡尔曼EKF算法而言其计算量更小,且抗磁干扰更强。同时设计了一种惯导和北斗/GPS融合算法,实现了惯导/卫星组合导航技术。其次,针对Harris角点检测算法中的局部非极大值抑制算法计算量大问题,设计了运算量更小的一种角点单值滤波器。同时提出了一种快速、可靠的正方形识别算法,实现了对目标物体的准确识别;最后,本文设计了一架碳纤维四轴,一块具有防气流扰动和内减震结构的盒状飞控,一个视觉处理模块和一个视觉调试模块,为便于在线参数调试还设计了一个手持地面站。利用上述搭建的实验平台,对比了本文提出的AHRS和标准EKF算法,实验结果表明本算法运算速度更快且抗磁干扰性能更强;实时目标识别实验结果表明本文提出的正方形识别算法具有较高的识别精度,刷新速率可达3Hz;并最终成功实现了四旋翼飞行器的视觉着陆功能。