一、 前言

目前，我国正处于航空航天工业高速发展阶段，无人机作为未来军事战场的主力军而逐渐成为世界各国的研究热点。四旋翼飞行器与固定翼无人机相比具有可垂直起降、空中悬停、具备自主起飞和着陆等优点。它能够适应各种环境，能在空中实现悬停，起飞、侧飞和倒飞等姿态，是未来无人机的发展趋势。我国对四旋翼飞行器的研究起步比较晚，在动力驱动装置和飞行姿态控制算法上与发达国家相比存在较大的差距。因此，深入研究四旋翼飞行姿态控制与检测系统对我国无人机的发展具有重要意义 。

二、 国外研究现状

近十几年来随着微系统、传感器以及控制理论等技术的发展，国外四旋翼飞行器技术的研究越来越成熟。2010年9月，法国派诺特公司推出了一款娱乐方面的AR.Drone四旋翼飞行器。该飞行器采用W i- F i无线信号进行数据通信，可以通过iPad 、iPhone 等设备上安装相应的上位机软件实现对飞行器的飞行控制。飞行器上安装有摄像头可实现航拍或取景，然后利用W i- F i信号将画面传回控制设备中；2011年6月19日，以色列IAI公司在巴黎航展上展示了一款新型的四旋翼无人机，这是第一款成功应用于军事的四旋翼飞行器。并装有监视系统，可实现空中悬停以及地面的监控等任务；国外四旋翼的在控制算法上也有了突破性的进展。

三、国内研究现状

在国内，四旋翼无人机的研究方向主要集中于民用消费领域。2014年的世界空中机器人大赛中，清华大学设计的四旋翼具有识别动态多目标、机械手臂抓取、实时任务规划、室内交流与视觉导航等功能，对室内移动方向未知的目标进行动态识别和跟踪，最终完成了非常困难的比赛任务。在国内商用领域，大疆创新是聚集世界最优秀四旋翼无人机开发设计人员的公司，该公司设计的四旋翼主要应用于图像视频的拍摄。在2016年的国际电子产品展（CES）中，大疆公司在会展期间发布了两款主流的消费级航拍无人机--精灵4代和”悟”的新版本，而雷柏科技联合腾讯公司发不了全球第一款全电力低空自动驾驶载人飞行器--亿航184，只需设定飞行路线即可搭载乘客以设定航线从起始地到目的地，在正式商用之后，该飞行器可作为一款安全、环保、智能的自动驾驶驾驶低空飞行器，提供短途的日常交通运输解决方案。同时虚拟现实（VR）技术开始与四旋翼无人机结合，体验者如同坐在飞机内部驾驶一般。

综合国内外研究现状可以发现随着微机电系统、传感器技术和计算机科学等相关学科的发展四旋翼无人机在当前有很好的发展机遇，同时也有很大的市场空间。而飞行姿态控制问题是四旋翼飞行器的核心控制问题，而飞行姿态的获取直接影响控制精度，所以研究四旋翼飞行姿态检测对四旋翼的发展有着重要意义。

四、飞行器姿态控制与检测原理

（1）飞行器控制原理