四旋翼飞行器由于机械原理简单，控制容易，如今大受欢迎。该系统是一个强耦合、非线性、欠驱动的六自由度系统，通过控制四个螺旋桨的速度，就可以实现俯仰、横滚、偏航，及沿某一方向的加速。机器上载有电源、计算机、各种传感器以及无线电收发装置，以此来实现飞行器的程序控制、环境感知和人机交互通信。由于四旋翼飞行器具有垂直起降、悬停稳定和全向运动的特点，近年来逐渐成为国内外研究的热点。本文通过对四旋翼飞行器的运动学分析，建立了完整的飞行器动力学模型，提出了基于双层嵌套的PID控制方法。针对不同的传感器提出了基于均值滤波、数值导数、低通滤波等的新型实验方法，并进行了多传感器数据的融合方法研究。　　首先，在对飞行控制系统、电源模块、动力执行模块、GPS定位模块等的简单介绍基础上，搭建了四旋翼飞行器实验平台，并进行了运动学分析。在模型假设的基础上得到了四旋翼飞行器的非线性运动模型，为后面的控制分析与实验提供了模型基础。　　其次，针对四旋翼飞行器的数学模型，提出了基于双层嵌套的PID控制方法，并对控制算法的程序实现和滤波处理进行了分析研究，为四旋翼飞行器控制的进一步研究提供了理论基础。　　再次，分析了气压计、陀螺仪、加速度计和GPS模块的数据采集过程，提出了新型的基于平滑鲁棒噪声微分法的爬升速度检测方法和新的、简单易用的高斯牛顿非线性加速度计标定方法，并给出了实验结果。利用GPS定位功能，实现了导航控制算法。　　最后，设计了经典Kalman滤波器，融合加速度计、磁力计和陀螺仪数据，用静态响应性能良好的加速度计和磁力计补偿静态响应不足的陀螺仪，得到最优姿态评估。并提出了基于加权平均的气压计和声纳数据融合方法，提高了系统可靠性。