四旋翼作为一种体积小、造价低、结构简单的无人直升机越来越受到社会的青睐,其惯性导航系统的研究和设计,对提升四旋翼直升机飞行的稳定性,定点定航行飞行的精度有着重要的意义。本论文以为四旋翼设计一款具有简单通信协议的高精度惯性导航仪为目的,对惯性导航系统、通信协议、滤波算法等方面,展开了较为深入的研究。论文首先介绍了GPS、北斗卫星导航、惯性导航等几种常见的导航方式,并对惯性导航的原理及发展历程进行了详细的阐述,然后研究了惯性导航系统的导航算法理论,包括载体的姿态、速度及位置的解算方法。接着,设计了以Atmega644p作为核心处理芯片,ADXL345作为加速度计,L3G4200D作为陀螺仪组成的一款低成本,精度相对较高的惯性导航仪,并且绘制了系统的电路图及PCB板。然后对惯性导航系统中常用的两种滤波方法：卡尔曼滤波和互补滤波,进行原理及实现步骤的描述,并学习使用了MATLAB的惯性导航工具箱,对以上两种滤波算法进行了仿真验证。最后在WINAVR环境下编写了四旋翼惯性导航系统的软件部分,在C++Builder6.0环境下设计了惯性导航系统上位机软件,该部分提出了一种新串口的通信协议,使上位机对传感器的设置和数据读取更加简便,通过本文设计的静态、动态和提升精度测试,验证了硬件设计的正确性和算法的可行性。本文在惯性导航系统设计上的主要突破是：设计了一个集成核心处理芯片和惯性传感器的单独子系统并制成单独的PCB板；制定了串口通信新协议,使数据传输更加稳定,效率更高；选用互补滤波的方法对惯性导航原始数据进行处理,减少噪声对导航系统精度的影响,实验表明,使用此滤波算法后,导航精度得到很大提高；使用C++Builder6.0设计上位机软件,本文设计的上位机软件可以用于系统调试及测试实验,能够较为准确的反映运动载体的运动趋势。