多旋翼无人机因其结构简单、价格低廉和性能良好,在军用、民用领域均展现出了很好的应用前景。随着市场应用愈来愈广泛,对多旋翼无人机技术的要求也越来越高,而技术发展的重中之重便是无人机自主飞行能力的提升。首先,论文以四旋翼为例,介绍了多旋翼无人机的基础理论,包括基本构型、飞行原理、受力分析等。建立了四旋翼数学模型,包括电机模型和运动状态解算模型。针对多旋翼无人机的航姿解算需要,分别设计了基于扩展卡尔曼滤波的姿态解算方法和基于温度补偿值的气压-高度解算方法。其次,论文对飞行控制算法展开研究。对PID算法、轨迹跟踪原理、回馈递推控制算法进行理论分析。为实现多旋翼无人机的姿态稳定,设计了PID控制算法,并进行了仿真实验,得到了阶跃信号和脉冲干扰下的姿态角响应曲线。为满足自主飞行中对轨迹跟踪的要求,提出了一种回馈递推控制算法,设计了位置控制器和姿态控制器,并进行了仿真实验,得到了飞行轨迹跟踪三维曲线、三个坐标轴上的轨迹跟踪曲线和姿态角变化曲线。仿真结果验证了两种控制方法的有效性。最后,基于上述研究基础,开展了差分GPS下自主跟随飞行方法的研究工作。介绍了多旋翼无人机的硬件和软件设计,采用载波相位差分技术实现了多旋翼无人机自主跟随飞行系统开发,并开展了实测环境下的飞行实验。根据飞行实验中记录的差分GPS报文数据,绘制了飞行轨迹曲线、经纬度和高度曲线、与基准站的相对位置变化曲线、飞行速度曲线等,通过对实验结果进行分析,验证了系统的可行性。