四旋翼飞行器因其机动能力强、能在狭小空间飞行、在环境恶劣的条件下工作而成为近年来学者们的研究热点。由于四旋翼飞行器的非线性、强耦合、多变量、欠驱动的特性,且实际飞行时易受干扰,其控制器的设计成为飞行器应用研究的难点和重点。本文设计了一种改进的高阶扩张状态观测器,对四旋翼飞行器飞行过程中的外部干扰和系统参数摄动进行观测和补偿,并与滑模控制相结合设计控制器,并采用反步控制解决了非匹配不确定条件下滑模控制处理困难的问题,提高四旋翼飞行器轨迹跟踪控制精度、控制器的鲁棒性。首先,介绍四旋翼飞行器的飞行原理以及五种运动状态,并且建立机体坐标系和大地坐标系,推导出两坐标系的转换关系式。在四旋翼飞行器结构以及飞行原理的基础上,根据牛顿-欧拉定理建立了空气动力学模型及电机与螺旋桨执行机构模型。其次,设计改进型高阶扩张状态观测器,且与反步滑模控制方法相结合设计位置及姿态控制器。采用反步滑模控制设计控制器确保四旋翼飞行器系统的鲁棒性,并且引用李雅普诺夫稳定性理论证明了所设计的控制器的稳定性,针对四旋翼飞行器受外界干扰以及参数摄动等复合干扰时,为了提高系统的抗干扰能力,采用高阶扩张状态观测器对复合干扰进行观测并实时补偿。再次,本文采用把控制律中连续函数代替为符号函数的方法来解决滑模控制的抖振问题,增强系统的鲁棒性。最后,为了证明改进型高阶扩张状态观测器的性能,应用matlab对其性能进行仿真研究;并且验证基于反步滑模控制与高阶扩张状态观测器方法设计的控制器的有效性,且与滑模控制器及PID控制器的控制性能进行对比,结果表明本文提出的控制方法有较快的响应速度,较高的跟踪精度,且抗干扰能力增强。