随着国家对低空领域的不断开放,小型无人机在各个领域中被广泛应用。飞行控制系统作为小型无人机的神经中枢,具有极高的研究价值。本文在对国内外小型无人机及飞行控制系统研究现状分析基础上,对飞行控制系统的硬件及航姿参考系统进行了设计与实现。首先,提出了飞行控制系统的总体设计方案,描述了本文所设计飞控系统的功能。硬件系统是整个无人机系统的关键组成部分,是实现各种信息测量、软件运行和飞行控制的硬件基础。硬件系统以STM32F103RE飞控计算机为核心,集成传感器数据采集模块、GPS模块等各功能模块。本文对飞控硬件及主要模块驱动程序进行了详细的设计。其次,对航姿参考系统进行了研究,航姿参考系统是用来解决无人机飞行姿态准确测量的关键技术。本文规定了无人机的姿态表示,详细介绍了方向余弦矩阵的建立过程,以及用陀螺仪输出的角速度迭代更新方向余弦矩阵的过程。针对陀螺仪漂移造成的误差,采用多传感器数据融合的方法对方向余弦矩阵进行校正,有效地提高了姿态测量的精度。最后,按照从局部到整体的顺序对飞控系统进行测试。对主要功能模块的测试验证了各主要功能模块能独立地正常工作;对航姿参考系统进行了静态和动态测试,充分验证了其测量结果的准确性。在实际飞行状态下进行了整机测试,验证了整个系统稳定可靠。