陶子涵 高国伟 徐万芝

北京信息科技大学 信息获取与检测实验室 北京 100101

一、引言

姿态信息是导航系统中最为关键的参数之一[1]，姿态测量系统在航空航天[2]、车辆船舶、机器人、人体姿态捕捉等诸多领域中被广泛使用。而在姿态测量系统中，人们最关心的就是测量精度。

对姿态测量系统精度造成影响的因素主要来源于两个方面：

一是系统的硬件配置，主要包括获取原始姿态信息的传感器原件和所选择的处理器。现今陀螺仪测姿定姿技术已经相当成熟，在航空航天、空间或军事等重要领域，采用高精度光学陀螺能进行准确的导航定姿，但因其成本高而使应用范围受到限制。而基于MEMS惯性测量元件设计的姿态测量系统价格低廉、稳定可靠，目前已被广泛的应用于民用微小型飞行器、老人防跌倒报警器、智能家居等许多方面。

其次，姿态估计所使用的算法也对姿态测量的精度有很大影响，只有选取的算法适用于系统的实际情况才能取得良好的效果，例如Hajiyev C及赵琳等人将EKF算法应用于姿态估计[3-4]取得了良好的估计效果。

综合考虑微小型无人机的应用背景[5]，设计了一款性价比较高的姿态测量系统。系统选用MPU-6050传感器[6-7]作为其数据采集模块的核心元件，考虑到UPF算法的实时性和有效性均能满足系统需求，所以采用UPF算法[8-10]完成系统姿态估计。针对MEMS传感器精度低、漂移大等特点[11]，设计了合理可行的软件解决方案。

二、系统总体设计

1、系统硬件设计

系统的整体结构框图如图1所示，主要由MPU-6050姿态检测电路及其外围电路、微控制器电路、串口通信接口电路、电源电路、等组成。……