近些年来,随着MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）技术的不断提高,搭载低成本MEMS惯性传感器的小型四旋翼飞行器也取得了突破性发展。四旋翼凭借成本低、体积小、垂直起降、空中悬停等优点,在军事、教育、工业、农业等各个领域都发挥着重要作用。本文在分析了国内外姿态解算方法研究现状的基础上,为了进一步提高四旋翼姿态解算时的精度和稳定性,针对四旋翼飞行器开发了一套高精度、低运算量、抗干扰能力强的姿态估计系统。论文的主要研究内容如下:1、根据四旋翼飞行器的实际飞行需求,设计了基于STM32和消费级惯性传感器的低成本飞行控制平台。通过上位机可实现实时稳定的数据采集,并基于FreeRTOS小型操作系统对各任务进行了结构划分,提高了多任务环境下四旋翼飞控系统的控制效率和实时性。2、针对飞控系统中的MEMS加速度计、陀螺仪和磁力计分别进行了误差建模与标定,并对原始加速度值进行了滤波与降噪处理。标定后的MEMS传感器可以有效去除零偏和标度因数等误差,同时原始加速度值经过滤波后能够滤除由于机身振动引入的高频噪声,为姿态解算实验提供更加准确可靠的传感器数据。3、为实现四旋翼姿态的高精度解算,提出了自适应梯度下降法（AGDA）和线性卡尔曼与梯度下降相结合的方法（GDA-LKF）。AGDA可以根据外部运动速度大小动态调节梯度下降参数,提高了算法的估计精度和收敛速度,同时将姿态更新时的四维运算降低到三维,缩减了姿态迭代更新时的运算量。GDA-LKF在Madgwick梯度下降模型的基础上与线性卡尔曼相结合,动态调节磁参考矢量,可以有效消除外部磁场的干扰,提高算法的解算精度与稳定性。4、设计实现了用于测试所提算法性能的飞控系统,系统对AGDA和GDA-LKF算法进行了验证。通过静态、动态、水平加速、实际飞行等不同情景下的实验,表明AGDA和GDA-LKF相比同级别算法具有更好的静态和动态性能,能够有效运用在四旋翼的姿态估计系统中。