四旋翼飞行器物理结构较为简单,单位体积可产生较大升力的特点,为传感器技术以及飞行器科学等应用技术领域方面的研究提供了一个平台。就目前飞行器和无人机控制应用方面,空间立体路径测绘、多机协同和地面目标跟踪等方面是应用和研究的重点。同时,基于以上应用的控制系统更具有较大的研究价值。本论文以四旋翼飞行器地面目标跟踪系统作为研究和设计内容,通过对系统硬件平台的设计和搭建,研究其识别算法和跟踪控制器的设计。首先,对四旋翼飞行器地面目标跟踪系统进行整体和系统性分析与介绍,并简要阐述研究该系统过程中的重点和难点。对系统整体方案进行设计,对方案需求分析、硬件设计和所要解决的问题进行描述。在此内容分析的基础上,对系统元器件的选型和使用进行简要介绍,并搭建完整的硬件平台。其中,系统采用Pixy Cmucam5图像识别传感器作为跟踪目标采集单元。其次,对四旋翼飞行器的飞行原理和动力模型以及地面目标跟踪模型进行研究。并分析和推导摄像头pixy及其采用的色调过滤算法和目标识别blob分析模型。根据Pixy Cmucam5所采集的图像信息进行目标识别和目标位置信息的确定,并将坐标数据与飞行器的坐标信息构建起跟踪系统。最后,简要介绍实时操作系统FreeRtos相关概念,将该系统移植到处理器STM32F407进行系统性能测试,并划分各个功能模块,构建系统线程,设计软件整体框架。针对软件控制器方面,采用串级PID控制器作为地面目标跟踪控制系统。通过对采集的图像数据进行色调过滤和blob分析实验,整定控制器参数。根据对理论基础上的分析之后,进行实际实验测试并对结果分析,证明了本次系统设计的可靠性和可行性。