MEMS 传感器虽然应用很广优点显而易见，但是其本身存在的不可避免的低精度、高噪 声等不足，所以对 MEMS 传感器进行误差分析还有标定补偿是利用传感器信号姿态解算时 必不可少的工作步骤。相关内容，详见本文第二章。 

近年来，飞行器方面的研究获得一定成果的很大原因也是因为 MEMS 的不断发展与渐渐 成熟，且在民用和军事领域都实现了规模性的投入，其中不可或缺的一就是姿态控制部分， 所以飞行器姿态的控制也是一门重要[4]。目前由于价格及体积原因，低精度的 MEMS 设备被 应用于大多数应用程序。惯性导航器件中，根据陀螺仪测量的角速度信息会随着时间的推移 计算传感器的方向，但是由于陀螺仪是开环系统，没有方位选择的功能，只能基本保持初始 给定的方位，在初始条件已知的条件下，它的误差随时间积累，测量误差将导致计算方向错 误的积累。因此，陀螺仪无法提供方向的绝对测量，加速度计和磁强计分别测量地球的重力 及磁场，提供了一种绝对的方向参考。根据惯性元器件获得的数据进行惯性解算得到估算姿 态角，根据陀螺仪信号计算出的估计姿态角和根据加速度计、磁强计信号算出的估算姿态角 都有一定的瑕疵，要用滤波器将所得到的估算姿态角进行融合[5]。最终得到最优的姿态角。 使运动载体的航向更加正确。 

本文章首先在介绍了航姿参考系统，对其组成以及各成分的作用及作用原理进行了简单

的介绍，接下来主要就是介绍惯性解算方法，三种惯性解算方法的计算原理与长处短处也给 予了介绍，构建了惯性解算模型，在惯性仿真过程中，用欧拉法进行惯性解算与用 BNO055 传感器的测量值比较，直观的看出惯性解算的不足，因此自然引出了滤波算法。卡尔曼滤波、 互补滤波的滤波原理大概进行了解后，主要介绍了互补滤波，最后互补滤波算法补偿后与 BNO055 测量值比较，可以明显看出补偿效果。 

2 航姿参考系统工作原理

2。1 引言

AHRS(Attitude and Heading Reference System)俗称航姿参考系统。航姿参考系统包多个轴 向传感器，能够为飞行器提供横向、翻滚和侧翻信息，这类系统一般用来为飞行器提供准确 可靠的姿态与航行的信息，实际上就是一个嵌入式的信息处理系统，实时测量载体沿个方向 的加速度、角速度以及地磁场，并根据捷联式算法计算出载体的航向姿态[6]。航姿参考系统 的真正参考来自于地球重力场和地球磁场，其静态终精度取决于对磁场和重力的测量精度， 除此，陀螺仪决定其动态性能。航姿参考系统最初起源于军事领域，为军事服务，对飞行器 飞行提供极大便捷，但是传统的航姿参考系统精度虽高但是成本也很高，体积也偏大，而且 服务范围太局限只是适用于军事领域，然而随着科技的发展,如今越来越多民用领域电子玩 具、机器人、VR 游戏以及运动检测等也在大量的需要类似航姿参考系统功能的系统出现， 

所以低成本小型化行姿参考系统应运而生，嵌入式系统的飞速发展及新型高性能惯性元器件

的出现，使得研究低成本小型化航姿参考系统成为可能，而其中一种基于微机电系统（MEMS） 传感器的航姿参考系统，就完全满足具有低成本、小型化等特点，且具有较高的精度[7]。 2。2 航姿参考系统组成   

2。2。1 陀螺仪

将高速旋转的绕回转体对称轴高速旋转的物体即陀螺安装在一个悬挂装置上，有两到三 个自由度就叫陀螺仪[8]。陀螺仪为陀螺和其悬挂装置构成的整体。基本结构如图所示。