近年来,四旋翼飞行器在航拍、农业、测绘以及快递物流行业上应用广泛,得益于四旋翼飞行器的大范围商业化应用,四旋翼飞行器的状态估计、飞行控制以及避障、目标跟踪等技术得到了快速发展。在四旋翼飞行器的目标跟踪方面,目前已实现了从基于GPS的移动目标跟踪到基于机器视觉的目标跟踪技术的跨越,给人们的生产生活带来了巨大的便利。然而,基于GPS的四旋翼目标跟踪技术,受到GPS精度不高、无法在室内或者有较大建筑物遮挡的环境下使用的制约,基于单目视觉的目标跟踪技术,存在计算量大、受遮挡无法跟踪、难以恢复目标的相对位置信息等问题。而基于UWB(超宽带)定位技术的四旋翼目标跟踪技术,具有近距离(几十米以内)精度高,可以在室内使用,计算量小,以及可以直接求取目标的相对位置的优势。本论文研究基于UWB的四旋翼飞行器目标运动状态估计问题,主要工作如下:首先,建立目标和飞行器的相对运动模型,针对UWB测距的特性,建立UWB的测量模型;针对单对UWB测距模块安装在四旋翼飞行器上的目标状态估计问题,进行可观性分析,推导系统可观的条件。其次,针对单对UWB测距模块,在测量方程是非线性的情况下,研究目标的相对运动信息估计问题。通过线性化测量方程,采用扩展卡尔曼滤波(EKF)进行状态估计,考虑到线性化误差,导致估计误差较大的问题,给出基于迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)的状态估计方法,在当前状态估计值处重新进行线性化,通过仿真验证状态估计方法的有效性;考虑到初始的先验信息对估计收敛速度的影响,提出基于图像和飞行器对地高度信息的初始相对位置估计算法,获得较为准确的初始状态信息。然后,研究在空间限制条件下的多个UWB测距模块布局对定位精度的影响,基于条件数设计最优的构型布局,给出基于QCEKF的目标的运动状态估计方法。最后,搭建UWB硬件测试平台,通过实验验证最优构型下系统的目标定位精度,以及IEKF算法和QCEKF算法的可行性。