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四旋翼飞行器在不断普及，但现有的商用四旋翼飞行器距离真正的无人化飞行还有很大的差距。目前的商业产品依然依托于航模遥控器的控制。这一条件制约了四旋翼飞行器的应用场景，在超视距飞行或者在某些极端条件下，飞行过程中的人为因素将限制飞行的稳定性与可靠性。实现四旋翼飞行器的自主飞行成为优化改善现有飞行控制技术的重要研究方向。四旋翼飞行器采用的控制技术种类广泛，主要有经典PID控制[2]、[3]、[4]、模糊控制[5]、增强学习[6]等等。 其中经典PID、串级PID控制器[7]依然是可靠且较容易的方案。
另一方面，四旋翼飞行器对周围环境的探测能力的拓展也是研究者的重点研究方向之一，尤其是室内飞行，对室内环境的探测成为主要需要面对的问题[8]，Girish Chowdhary 等人曾尝试设计能在室内自动导航的四旋翼飞行器，无GPS且复杂的障碍物是需要面对的主要问题[9]，Slawomir Grzonka等人在2012年利用结合室内地面机器人的相关导航方式与四旋翼相结合[10]导航性能的效果值得期待，但是成本较高。而同时超声波传感器作为比较廉价且常见的测距传感器，具有广阔的应用前景并且还有很大的潜力有待发掘，此前超声波传感器已经广泛应用于地面机器人，Zou Yi、 Ho Yeong Khing等人就多个超声波传感器在移动机器人领域的应用进行过相关研究[11],对无人机的研究则是刚刚起步，Shinnosuke Hirata 与 Hiroyuki Hachiya在2015年尝试用利用超声波传感器，根据人呼吸时引起的空气扰动，来判断人位置的变化[12]；这里主要分为两种思路，一种是对超声波传感器设计的改进，获得更为理想的参数，如北京交通大学的赵广涛等人设计的超声波测距系统的设计[13]以及童峰等人的基于单片机的超声波测距处理方法[14]。除了在设计上的改进，借助本身已经商用化的普通超声波传感器，重新分析其信号以得到更好的探测结果，也是近年的尝试方向，Boguslaw Szlachetko以及Michal Lower根据超声波传感器检测的距离的原始波形图，对反射面的情况进行探测分析[15]；Ke-Nung Huang等人则尝试从回波信号的频率特性入手，进行分析[16]。47995
目前的许多低成本四旋翼，大多采用气压计进行定高，低空以及室内情况下，定高的精度不够，为了解决这一问题，满足室内定高的实际需求，我们对现有的低成本的四旋翼飞行器做出了改进。针对现有飞控方面的优化主要在于，增加超声波定高模块，加入定时飞行的功能，实现四旋翼飞行器的程控飞行。