传统四旋翼植保无人机多采用圆周式结构布局,存在喷幅窄、作业效率低等问题。同时旋翼间的空气压强差效应易引起旋翼间形成互扰风场,雾滴附着效果变差。本文研究的直线型植保无人机采用直线动力旋翼布局,既充分利用旋翼的下洗风场,拓宽无人机植保作业喷幅,提高作业效率,也减弱了旋翼间扰流现象,与此同时对飞行控制性能提出更高的要求。本文研究了直线型动力布局新结构植保无人机,设计了分级融合航姿估计算法,建立了无人机动力学模型,并依据模型设计了位姿串级控制器,最后完成了可视化仿真与自主飞行试验,主要研究内容如下:（1）直线型植保无人机结构设计与样机搭建。该无人机主机架采用一体碳纤维杆,四个主升电机中心对称布局;姿态推进架垂直于主机架向上,提供俯仰力矩。设计了以STM32F4为主控的飞行控制器硬件系统,搭建了由主控板、电机、电调、毫米波雷达等核心部件组成的直线型植保无人机样机。（2）直线型植保无人机运动学与动力学模型建立。将直线型无人机视作刚体,描述机体坐标系（前左上）和地面坐标系（东北天,ENU）之间的旋转关系;依据动力学模型,设计动力分配矩阵和基于欧拉角的位姿串级反馈控制框架,完成了仿真试验和外场飞行试验,验证了直线型植保无人机的可控性与稳定性;飞行作业结果表明旋翼下洗风场均匀,雾滴间无明显漩涡气流。（3）针对直线型植保无人机航姿估计受磁场干扰严重、磁力计校准动态性能差、航姿估计精度低等问题,提出了一种基于磁力计实时校准的无人机航姿两级解算方法。动态飞行试验结果表明,俯仰角均方误差为0.75°,横滚角均方误差为0.66°,航向角均方误差为1.40°,较互补滤波算法航向角估计精度提高1.38°;航姿估计算法大幅减弱了磁干扰影响,航姿跟踪准确,航向角快速收敛,稳态精度更高。（4）为了提高无人机的抗扰性,将基于四元数的位姿串级控制器应用到直线型植保无人机;结合扩张状态观测器,提高了无人机对内外扰动的抵抗能力,并在可视化仿真试验中验证了控制器的抗扰性能,在外部50N-m的干扰下,位置闭环回路和偏航角分别控制在±0.01m和±0.1°的误差内。