小型无人机同其他的大、中型航空器相比，具有成本低、体积小、机动性能好等优点，近些年来，愈来愈广泛地应用于民用、军事和科学研究等领域。小型无人机在执行飞行任务的过程中，为获得较好的飞行品质，需要精确测量飞机的角速度、线速度、加速度、飞行姿态等关键数据。以MEMS（微机电系统）器件为核心的捷联惯导系统，可以自主测量并解算出控制、导航所需信息，成为小型无人机控制系统设计的首选解决方案。因此，在捷联惯导系统中对飞行器体轴姿态进行实时测量和对地轴姿态进行解算算法研究，具有重要的理论意义和广泛的应用价值。本论文以某重点实验室的固定翼小型无人机作为研究对象，在分析捷联惯导系统工作原理的基础上，设计了基于TMS320F28335微处理器和ADIS16407惯性测量单元的姿态测量和解算系统，采用四元数法对该系统进行姿态更新解算。首先，选用TI公司生产的TMS320F28335作为核心处理器，在CCS软件环境下编写了测量数据发送、接收等程序，通过SPI总线方式实现MCU与惯性测量单元ADIS16407之间的通讯，实时对飞行器的飞行数据进行精确测量和采集。其次，依据捷联惯导系统原理，采用四元数法实时求解姿态矩阵。然后，利用姿态矩阵将三轴陀螺仪和三轴加速度计测量的飞行器相对于机体轴的角速度和加速度数据变换到导航坐标系中，进行导航计算，得到飞行器的姿态角、速度以及位置等信息。其中，四元数的更新计算采用四阶龙格库塔法。结果表明，该姿态测量和解算系统能有效地实时解算出飞行器的姿态信息，各运动方向的姿态角解算初始误差小于1°，30秒内的累积误差小于1.4°。本论文设计的姿态测量系统，结构精简，采样快速，微处理器的时钟频率高达150MHz，惯性测量单元输出的采样率为819.2次/秒，一次姿态解算的时间为0.35ms，姿态解算的迭代间隔为8ms。这样，同常规硬件设计方案相比，姿态解算周期大大缩短，可为其他飞行控制与导航任务留有余地，节省了大量的时间，有利于整体控制与导航任务的实现。该小型无人机飞行姿态解算系统模块精度高、工作稳定、实时性好，采用的四元数算法和龙格库塔算法，算法简单、内存占用低。因此，整套方案具有较强的工程应用前景。