21世纪以来,随着嵌入式微处理器、传感器等元器件迅速发展,无人机也由单一的飞行衍生出了巡航、灾害预警、物品运输、遥测、人脸识别甚至即时通讯等复杂的功能。随着对无人机功能要求的与日俱增,其必须携带的传感器也越来越多,这极大的提高了微处理器的计算量,这对飞控中微处理器的性能提出了挑战。为了减轻飞控主控芯片的计算压力,采用新的实现方案势在必行。针对四旋翼无人机对微处理器性能依赖过高的问题,本文对无人机的发展以及惯性导航算法等相关信息进行了阐述,并详细分析本文采用的惯性导航算法原理以及设计方案。然后在MATLAB上对算法进行了设计与验证,并以此模型作为FPGA硬件电路的参考数据。根据惯性导航算法及其功能,将传感器的驱动和数据的回传模块也设计在其中,即在FPGA开发板上设计了传感器驱动模块、数据解算模块以及数据传输模块。采用四阶龙格库塔做积分估计,并根据算法数据的相关性,引入流水线技术将算法做并行化设计,提高执行效率。在FPGA的电路设计部分,主要设计一个基于IIC通讯协议的传感器驱动模块、基于扩展卡尔曼滤波的姿态融合模块和基于UART的数据传输模块。针对姿态融合算法,又将其分为线性化矩阵模块、过程矩阵预测模块、龙格库塔模块、状态测量模块以及状态更新模块,并在设计的过程中将其进行了并行化设计,最终将完整电路仿真结果与MATLAB结果进行对比分析,结果证明整个电路功能的正确性。本文通过研究多旋翼无人机的结构框架,将其中的惯性导航模块通过FPGA独立实现,同时引入扩展卡尔曼滤波来减少噪声的干扰,并使用四阶龙格库塔做积分估计,最终完成的设计精度很高,不但减轻了飞控主控芯片的压力,同时也提高飞控的性能。本文的研究结果为无人机专用芯片的开发奠定了一定的基础。