多旋翼无人机已广泛应用于农业植保、电力巡检、航空摄影等行业。然而,如何提高无人机在复杂环境下的安全稳定性始终是一个重要的课题。本课题基于现有无人机硬件平台,以实现自主航点飞行为最终目的,研究导航算法和飞行控制算法。主要研究内容如下:研究选择现有的四旋翼机体和STM32嵌入式硬件,为导航和飞行控制算法研究提供实验测试平台。导航算法研究,包括航姿解算和组合导航算法。航姿解算以陀螺仪、加速度计、磁罗盘数据为基础,采用扩展卡尔曼理论推算机体的姿态角信息。算法选择理想的卡尔曼滤波权重并设置为定值,以减少算法运算量。此外,采用卫星定位数据对航向角进行补偿,提高姿态角信息的准确性。组合导航算法以卫星定位信息为基础,并结合惯性传感器数据进行数据融合,弥补卫星定位信息的不稳定和数据延时等缺陷,得到平滑、稳定的速度与位置信息。控制系统设计,从多旋翼无人机空间六自由度运动进行分析,建立姿态、速度、高度等运动的数学模型。利用模型辨识工具,辨识出模型的具体参数。根据控制系统结构,自主飞行控制系统的设计分为水平横向控制、水平纵向控制、高度控制、航向控制四个独立控制回路。考虑到模型干扰以及易受负载变化影响的特点,采用模型参考滑模控制理论,以提高控制系统的鲁棒性能。室外实验结果表明,设计的导航系统推算的姿态角、速度、位置数据与高精度参考设备输出数据基本吻合,可为无人机提供稳定精确的导航信息。设计的控制系统完成了实验机的自主航点飞行,并具有良好的抗干扰与鲁棒性能,验证了导航算法与控制系统设计的有效性。