地震、火灾等自然灾害具有突发性特点,灾害应急救援的关键是灾害发生后的快速反应。及时快捷的灾情信息对于及时制定救援策略,提高救援效率和质量起着至关重要的作用。由于四旋翼无人机良好的机动性和灵活性,四旋翼在灾难救援活动中逐步显示出巨大的优势。然而,灾害现场室内环境复杂多变而难以预知,给无人机自主导航和探索带来了很大的困难。本文研究无人机姿态与位置控制方法,为无人机在未知室内环境中自主探索提供现实的可能性。本文首先对相关领域的国内外研究现状进行了深入的分析。在此基础上,对小型四旋翼无人机进行了运动学和动力学研究,建立了动力学和运动学模型。同时阐释了对室内小型四旋翼无人机飞行影响较大的空气动力学现象,说明了这其对无人机飞行的影响和及无人机控制系统研究中的作用。其次,本文研究了小型四旋翼无人机的姿态检测和控制方法。通过对多种姿态检测传感器的数据进行融合,提高了无人机姿态检测的实时性和精度,并构建了基于Arduino的无人机姿态控制系统。实现了闭环的小型四旋翼无人机的姿态控制。在悬停状态下,无人机姿态控制误差约为±2。,存在周期约为0.5s的震动。再次,本文分析了基于ROS的小型四旋翼无人机的室内未知环境中的位置检测算法,包括单目视觉方法,立体视觉方法和激光雷达测距方法,并开展了实验研究,确定了室内小型四旋翼无人机的定位算法,在定位的同时生成室内地图,为无人机在未知室内环境中进行探索和救援提供了现实的可能。在此基础上,本文完成了四旋翼无人机的位置控制系统,并进行了室外依靠GPS的位置控制实验,控制误差可以控制在2m以内,证明了位置控制器的有效性。最后,本文将位置检测、位置控制、姿态检测和姿态控制四个部分整合到一起,设计了四旋翼无人机机体,提出了一种未知环境中自主探索的路径规划算法,形成了室内小型四旋翼无人机系统,并进行了相关的实验。在没有GPS辅助定位的室内环境中,无人机位置控制的精度可以达到±1m,在长达5分钟的自主位置控制实验中,未发生明显的位置漂移。实验结果表明,所构建的四旋翼无人机可以用于位置室内环境的建图与探索。