旋翼无人机具有结构紧凑、机动性强、操作灵活等特点,可机载多种设备实现垂直起降、空中悬停等功能,广泛应用于军事、农业、影视等各个领域。但实现旋翼无人机的平稳飞行,需要复杂的传感器、快速的控制器和执行器以及复杂的导航控制算法作为支撑。而位姿信息就像无人机的“眼睛”,是无人机实现自主飞行的基础。作为多传感器数据融合系统,INS/GPS组合导航系统可以得到无人机的高精度导航信息,而姿态信息更是导航的前提。本文依托项目组两个重要课题,对基于多传感器数据融合的旋翼无人机姿态融合进行了广泛的研究,并利用ROS系统在无人机上的应用编写了相应的软件。主要工作如下:(1)针对系统的任务需求和工作环境,自行搭建了旋翼无人机硬件实验平台。对相关硬件模块进行了性能指标分析,使用Pixhawk作为开源飞控进编写相应的程序行二次开发,使用QGC进行控制等参数的调节。设计出系统的控制结构框图和软件工作流程图。(2)作为全文的理论基础,首先深入研究了互补滤波算法,从时域和频域的角度分析了互补滤波器的基本原理,通过互补滤波系数和滤波器转折频率的关系提出了应对系统噪声特性改变时互补滤波器的改进方法。然后研究了利用梯度下降法进行姿态融合的方法,分析了由于收敛速度与非重力加速度干扰下算法存在的收敛速度慢,受加速度影响严重的不足。在此基础上,确定了基于姿态数据融合方案,与改进法案。(3)研究四元数姿态解算的基本原理,使用四元数进行姿态更新,设计出基于互补滤波的四元数姿态解算方法;利用加速度与姿态角的关系,采用梯度下降法设计了姿态融合算法。并且考虑到无人机非重力加速度的影响,与收敛速度慢的缺点对梯度下降算法进行了改进,提出了Nesterov加速梯度姿态融合算法?最后通过对比实验,证明了这种算法的可行性。(4)在机载电脑上安装并使用ROS。利用MAVLink协议解决ROS系统与Pixhawk之间的通讯问题,分析了ROS控制无人机的节点与话题的连接结构图。通过ROS节点程序的编写实现了在Gazebo环境下的无人机SITL仿真并利用QGC观察实验结果,最后在搭建的旋翼无人机试验平台上进行了实验,验证了ROS软件进行无人机控制的可行性。