本发明属于小型多旋翼无人机自主飞行控制领域，为综合输入的运动状态测量信息，得到稳定可靠的无人机完整飞行状态信息，本发明，小型多旋翼无人机飞行状态估计系统和方法,由机载计算机、机载视觉设备、机载惯性测量单元和飞行姿态控制器四部分机载设备构成，机载计算机采用小型通用计算机，并与其他机载设备进行有线通信连接，该机载计算机负责接收来自机载视觉设备的图像信息以及机载惯性测量单元的惯性测量数据，该机载计算机设置有视觉里程计模块、无人机飞行状态估计模块，视觉里程计模块利用由机载视觉设备获取的图像信息计算得到无人机位姿和速度状态。本发明主要应用于小型多旋翼无人机设计制造场合。