北京信息科技大学 信息获取与检测实验室，北京 100101

一、引言

姿态测量能够为导航和控制提供精确的参考信息，近年来随着MEMS惯性传感器的快速发展，民用领域对姿态测量的使用也越来越广泛，如机器人、无人机、船舶导航、无人驾驶、三维游戏以及跳伞训练的监测等领域。而在姿态的测量中，航姿参考系统（Attitude and Heading Reference System, AHRS）便显得尤为重要[1]。

AHRS包括多个轴向传感器，能够为飞行器提供航向、俯仰和横滚信息，这类系统用来为飞行器提供准确可靠的姿态与航行信息。航姿参考系统包括MEMS三轴陀螺仪、加速度计和磁强计。而AHRS与惯性测量单元（Inertial Measurement Unit, IMU）的区别在于，AHRS包含了嵌入式的姿态数据解算单元与航向信息，IMU仅仅提供传感器数据，并不具有提供准确可靠的姿态数据的功能。故航姿参考系统具有重要的研究价值和广泛的应用前景。

低成本的AHRS是综合利用了微处理器、MEMS传感器和各种姿态解算算法，在相对较小的成本、功耗和体积内计算并提供三轴姿态以及校正的三轴加速度、角速率和地磁场等信息。与基于机械、激光、光纤等陀螺的AHRS相比，低成本AHRS的MEMS传感器有更大的正交误差、测量误差或噪声，因此其姿态解算精度更加依赖于多传感器融合算法。

本文依托实验室在研项目——“基于先验约束信息的航姿参考系统滤波算法研究”，在基于DSP和STM32单片机的基础上，采用多传感器数据融合进行了卡尔曼滤波作为航姿解算单元，设计并完成了航姿参考系统的核心部分。实现其小型化、低功耗和低成本的设计要求，并可应用于对精度要求不是很高的民用领域，如工业和商业无人机、可穿戴设备对姿态的实时监测等。……