四轴飞行器是一种新型无人飞行器，其结构简单，有着卓越的飞行稳定性，具有广阔的应用领域及很强的实用价值。四轴飞行器涉及多学科知识，包括自动控制理论、空气动力学、微电子、数字信号处理及传感器技术等，为多学科知识综合研究提供了平台，具有很高的研究价值。本文重点分析了四轴飞行器飞行原理以及对飞行控制系统作了详细设计。依据四轴飞行器独特的特性，本文采用了最新ARM Cortex M3架构的STM32系列微处理器平台，全球首款集成加速度计与陀螺仪的MPU-6050作为飞行姿态测量传感器，以2.4G全球开放频段为无线数据传输控制方式。借鉴卡尔曼滤波器原理设计权值姿态融合算法，将当前姿态与目标姿态作比较，利用PID控制器线性调整系统PWM输出占空比，控制电机转速以调整飞行姿态。最后对设计的四轴飞行器样机进行实验与调试。结果显示，姿态融合算法能够有效得到稳定的飞行姿态，PID控制器可线性输出PWM占空比，飞行器能够完成基本飞行动作。