近些年,世界人口的不断增长以及人民生活水平的不断提高导致地面汽车数量大幅度增加,整个地面交通负担加重。为缓解地面交通运输压力,尽早开辟空中道路显得尤为重要。飞行汽车作为空中道路运输工具之一,已经得到了学者的高度重视与广泛研究。而飞车控制系统作为飞行汽车的中枢控制核心,具有绝对的研究价值。本文初步完成了飞车控制系统的硬件搭建以及软件的实现,并针对飞车控制系统在高动态环境下捷联惯导解算产生不可交换性误差影响导航系统精度的问题,本文研究了基于对偶四元数的螺旋矢量算法。该算法在保障系统实时性的前提下,不仅提高了导航精度,而且大大减少算法复杂度。此外,考虑到复杂场境中飞行汽车对系统可靠性和稳定性有很高的要求,本文设计了基于三片单片机的仲裁热备份系统。其中双机互为热备份,第三台负责仲裁,系统的平均无故障时间得到极大的提高。通过与单机系统进行比较,此系统增强了飞车控制系统的稳定性和可靠性。本文的研究工作主要体现在以下四个方面:首先,本文根据飞车控制系统的功能需求完成了对飞车控制系统的硬件选型和整体设计。考虑到性能要求以及设计成本,本文选择C8051F020作为系统的主控制芯片,选择了相应的传感器模块ADXL345、L3G4200D、HMC5883L和BMP085,并详细介绍了舵机及舵机控制版的工作原理。其次,根据飞车控制系统软件设计需求,本文完成了系统软件的总体设计。包括CPU串口通信设计、C8051F020的初始化、参数初始化以及系统的同步性设计,为了使双机能够正常通讯,本文设计了双端口RAM。再者,针对传统捷联导航算法计算量重且引入了不可交换性误差的问题,本文研究了基于对偶四元数的螺旋矢量算法。通过实验仿真,并比较传统速度更新算法和对偶四元数速度更新算法,从原理上确定了两种算法存在精度差别的原因,定量地表征了两种算法的精度差别。研究结果表明,对偶四元数螺旋矢量算法在精度上具有明显的优势。最后,考虑到系统对可靠性和稳定性有很高的要求,本文设计了基于三片单片机的仲裁热备份系统。所设计系统利用两台单片机负责热备份,另一台负责仲裁。通过系统可靠性分析和可靠度的计算,并与单机系统进行比较可知,本系统的稳定性和可靠性有了很大提高。