随着科技的进步,越来越多的场合需要四旋翼无人机具有一定的自主能力,而无人机的自身位姿估计是很多相关应用的基础和关键保障。因此,为了进行准确的位姿估计,目前的四旋翼飞行器装备了各种各样的先进设备。在设计四旋翼飞行器位姿控制系统时,需要考虑诸多方面的因素,如性能、重量、有效载荷和成本,如何设计出较为完美的无人机系统,就需要对这些因素进行权衡。测量无人机方位的标准传感器是由陀螺仪、加速度计和磁力计组成的惯性测量单元(IMU)。室外位置的测量通常用全球卫星定位系统(GPS),而激光雷达和超声波传感器主要用于避障。由于目前的大多数多旋翼飞行器的尺寸和载荷的都非常有限,不能装载更高精度的传感器对飞行器的姿态、位置信息进行准确的测量,因此要想获得精确的位姿信息变得十分困难。本文将多旋翼无人飞行器中较为普遍的四旋翼飞行器作为研究对象,对其位置姿态的控制策略进行了研究。针对当前无人飞行器位姿控制系统在室内或是GPS信号丢失情况下稳定性较差,定位精度不高等问题和难点,设计了一种基于多传感器数据融合的位姿控制系统。为解决四旋翼飞行器在室内无法使用GPS进行定位的问题,本文提出了使用光流与其它多种传感器信息融合的方案来估计导航信息。根据不同传感器的特性,设计了不同的信息融合方法,将这些传感器的信息进行有效、可靠的数据融合。从姿态融合信息解算、水平方向位置和速度信息融合、竖直方向速度和高度信息融合三个方面介绍了本文设计的多传感器信息融合的方法,通过仿真实验证明了其估计导航信息的准确性。为了实现对四旋翼飞行器在室内稳定飞行的控制,基于PID控制算法设计了适合本文的PID控制策略,分别从姿态控制,水平位置保持控制和竖直高度保持控制三个方向,设计了不同的串级PID控制器。充分利用不同传感器的特性,优势互补,实现更加精准的控制四旋翼飞行器在室内进行稳定飞行。最后,通过搭建四旋翼飞行器平台,进行实际飞行,分析实验结果,验证了本文设计的四旋翼飞行器位姿控制系统的准确性与可靠性。能够满足飞行器在室内稳定飞行的基本要求。