近年来,随着航姿参考系统的应用领域越来越广泛,中高端的航姿参考系统在不同的场景中起到极其重要的作用。实时解算速度、姿态数据精度等性能都有着不断的提升。传统的航姿参考系统是基于串口通信,但由于串口通信的局限性(传输速度、传输距离等)导致航姿参考系统并不能保证在各个领域内都及时传输实时姿态数据。因此,本文提出基于以太网通信的航姿参考系统设计。在改进传输方式的同时,考虑到LwIP协议栈未针对特定嵌入式环境设计的局限性,进一步提出修改协议栈的方案。本文所做的主要工作有:(1)提出基于LwIP协议栈通信的航姿参考系统的设计方案,并且搭建了以STM32F4为微控制器的硬件平台,在Free RTOS操作系统中移植LwIP协议栈和设计姿态融合算法(卡尔曼滤波算法、Madgwick算法),从而实现通过以太网通信完成姿态数据实时传输的功能。首先,介绍LwIP协议栈的组成以及相关通信机制,并对其相关机制不适合应用到航姿参考系统的地方进行分析;随后,针对不适用之处提出改进方案并仿真验证;接着,在航姿参考系统软、硬件平台的搭建部分,研究了三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁传感器及以太网芯片的芯片选型和硬件电路设计,同时搭建其软件平台;最后,通过实测的方式验证改进方案的可行性。(2)针对LwIP协议栈的应用局限提出优化方案。首先,通过公式推导和多种带宽延时乘积网络下的NS2仿真数据分析,提出将cwnd初始窗口大小由1*MSS改为3*MSS;其次,对拥塞避免算法进行改进,提出根据重传次数来合理选择cwnd值,从而解决传统算法中一旦遇到丢包就立刻重新进入慢启动算法的缺陷,并通过NS2仿真初步验证了改进方案的可行性;接着,针对LwIP协议栈的数据传输流程进行优化,简化了在LwIP协议栈内部数据的传输流程,从而提高了数据传输的效率;最后,对LwIP协议栈进行裁剪,减小了无用协议对微控制器内存资源的占用。(3)对改进方案进行实测验证。通过Wireshark分析实测数据,结果表明改进方案能够有效提高系统数据的吞吐量稳定性;使用Wireshark中Stevens时序数据量的实际增长大小来验证优化后的数据传输方式的可行性,结果表明该方案有效提高了传输数据量;最后对LwIP裁剪和系统功能的稳定性进行了测试。对数据综合分析后,结果表明改进型LwIP协议栈能够在占用更少内存的同时保持着更稳定的网络吞吐量,并且系统可以长时间稳定运行。