叶小岭，杜 浩，王 伟，2

(1.南京信息工程大学信息与控制学院，南京 210044；2.南京信息工程大学江苏省气象传感网技术工程中心，南京 210044)

旋翼(rotary wing)微型飞行器(Micro Aerial Vehicles，MAVS)［1］具有负载和功耗的限制，不能使用重量传统传感器。因此设计一种使用廉价轻量惯性传感器设计的姿态测量系统，也可称为惯性测量单元(简称IMU)［2］，用于输出载体的姿态和航向等参数。进行姿态估算的方法很多:文献［3］设计了基于方向旋转矩阵的UKF滤波器。文献［4］介绍基于廉价传感器的姿态检测系统设计，提出基于欧拉角和四元数的融合算法［5］。虽然考虑了动加速度和陀螺偏差，但是其数据更新频率都较低，不适用于旋翼MAVs，而且该姿态检测系统没有搭载到实际MAVs中飞行实验。文献［6］设计基于低成本MEMS器件的航姿系统，采用二子样等效旋转矢量更新四元数，并应用了降阶的卡尔曼滤波器。文献［7］研究了模型之间的转换问题，对三种状态空间模型进行了随机漂移和角速率估计试验。文献［8］中提出了一种可以在载体运动情况下补偿陀螺漂移的姿态确定方法。该方法利用三轴MEMS加速度计的输出判断载体是否处于加速运动状态。如果载体处于运动状态，则根据MEMS陀螺的测量，采用等效矢量法计算载体姿态；如处于静止状态，则利用加速度计和磁强计计算载体姿态误差。而如果载体一直处于运动状态，则陀螺仪的输出随着时间的推移，不断发散。本设计与以上文献方法不同，应用微机械(MEMS)惯性传感器，设计廉价轻量姿态测量系统，采用四元数法进行姿态解算，并应用扩展卡尔曼滤波器。……