飞行控制器作为无人机的控制和任务核心单元，其研究集成了自动控制、飞行原理、微电子机械、先进传感器等学科的前沿技术，是无人机飞行控制与应用的综合实践平台。本文以微小型无人机军事和民用领域的应用为背景，针对其飞行性能和任务要求，提出了微型飞行控制器的设计目标，详细进行了方案和硬件设计，并实现了控制器姿态参考系统，最终以四旋翼稳定飞行控制验证了控制器的软硬件综合性能。本文首先归纳和分析了多款成熟固定翼和旋翼无人机飞行控制器特点，优化和提出了针对微小型无人机的控制器设计要求和性能指标。嵌入式系统模块化的思想贯穿了微型控制器的整个设计流程，从系统整体方案设计、各传感器和主控核心选型、硬件和软件功能模块划分到最终的硬件调试和集成，满足了控制器高集成度、低耦合性和功能扩展要求。其次，根据硬件设计方案完成了控制器主控和各核心模块硬件电路，包括模块工作原理、电路参数选择、集成通信接口方案。针对控制性能对姿态测量模块的特殊要求，对惯性模拟传感器采用独立PCB设计，层叠安装集成的设计方案，将模拟信号隔离并保护，以提高测量精度。设计过程依据相关的规范并采取抗干扰措施，以达到设计要求，满足硬件性能指标。再次，对飞行控制器的基础功能姿态参考系统，进行了详细的理论分析和实现：通过Allan方差法对惯性传感器静态数据进行分析，辨识噪声和误差模型，并对数据进行工程应用校正，达到姿态解算的准确性要求；建立机体坐标系和惯性坐标系的转换表达关系，以四元数为基础推导了姿态状态方程和观测方程；利用扩展卡尔曼滤波对陀螺仪输出的姿态动态信息和加速度计磁场计的姿态静态信息进行融合估计，完善姿态信息的准确性和实时性要求。最后，面向四旋翼飞行器设计并实现姿态稳定飞行控制软件，对飞行控制器的软硬件性能进行全面验证。在四旋翼数学模型的基础上，简化、分析并设计悬停状态的稳定控制律。对飞行控制器的各底层功能模块软件进行设计实现，继而综合飞行控制算法实现四旋翼的悬停稳定飞行，并进行试飞验证。