常规控制策略解决了样例无人机基本的飞行功能问题，但在复杂飞行环境下，当机载传感器发生故障时，势必会影响飞行品质，甚至威胁无人机飞行安全。为了提高无人机在复杂环境下的飞行性能，本文以工程应用为出发点，在常规控制策略的基础之上，着重对基于角速率陀螺的无人机控制技术进行研究。首先，本文采用模块化建模的思路建立了样例无人机的数学模型，同时分析了无人机的运动特性和模态特性，为后期控制律的设计提供理论依据。其次，给出了以外回路高度控制为核心的控制策略，并在此基础上设计了基于角速率陀螺的纵向控制器。纵向采用互补滤波对高度控制增稳，利用高度控制实现纵向平飞、爬升/下滑飞行模态，并且在高度控制基础上增加了基于表速的速度控制律，提高了无人机全包线范围内飞行的安全性和鲁棒性。再次，设计了外回路航迹控制律，并以此建立了基于角速率陀螺的横侧向控制器。横侧向采用偏航角速率信号代替滚转角信号，设计了基于偏航角速率控制内回路的航迹控制律，全程利用航迹控制实现横侧向直飞和转弯模态，并通过对比分析和仿真验证，说明加入外回路航迹控制的必要性。最后，详细设计了无人机各飞行模态的具体实现方案，实现了飞行包线内的飞行功能，并利用Matlab非线性仿真环境进行了基于任务航线的全过程飞行仿真，仿真结果表明：本文提出以外回路控制为核心的控制方案具备可行性和有效性，同时所设计的控制器具有良好的控制效果，能够实现样例无人机的安全飞行。