陀螺仪是敏感角运动的一种装置，以刚体定点转动的力学原理为基本原理。在图中陀螺 

转子安装在两个环架上，分别绕三个垂直轴 Ox、Oy、Oz 分别旋转为三自由度陀螺仪。如果 外环不能活动此时就变成了二自由度陀螺仪。陀陀螺仪具有稳定性（定轴性）和进动性，基 于此制成了一系列能够为载体提供方位、姿态、角速度和角位移等信息的仪表[9]，在科学、 技术、军事等各个领域都有广泛应用。 

图 2。1 陀螺仪的基本结构

陀螺仪以测量运动载体的角速率为信号以输出，在姿态解算过程中，利用陀螺仪的输出 对坐标转动元素（包括欧拉角、四元数、方向余弦矩阵）求微分方程，再利用积分就可以求 取姿态。 

2。2。2 加速度计

加速度计是由检测质量、支撑、电位器、弹簧、阻尼器和壳体构成[10]。工作时候，仪表 的壳体随运动载体做加速度运动时，检测质量因为惯性的原因保持原有的运动状态不变，此 时，它与壳体之间会产生相对运动，弹簧因此变形，所以检测质量在弹簧力的作用下也随之 加速运动，当弹簧力与检测质量的惯性力平衡时，检测质量和壳体间无相对运动，此时弹簧 的变形就代表着被测加速度的大小，电位器（位移传感器原件）就将加速度信号转化为电信 号，以供输出[10]。 文献综述

加速度计输出与运动载体加速度成比例的信号，在惯性制导系统中，它还用来测量导弹 的切向加速度，经过两次积分后就可以得到导弹的飞行路程[11]。 

2。2。3 磁强计

磁强计是根据小磁针在磁场的作用下能够产生便宜或者震动的原理制成的。 

磁强计是用来测量某一处的地磁场的大小和此处的磁场的方向的 [12]。 在导航方面磁强计一般应用于姿态角中航向角度估计，航向角的估计是在测量信息水平

方向上的分量上求得。三轴磁强计在地磁场上的测量值 hb   hb b hb T  ，b 表示是在地磁场

上的向量。当磁强计水平放置时航向角： 

当磁强计不是水平放置时，会造成倾斜角误差，所以磁强计一般和加速度计一起成为电 子罗盘再使用。 

根据加速度计测量信息解算得出滚转角和俯仰角再利用上式就能得到倾斜补偿后的磁强 计分量[13]： 

M x  、 M y  、 M z   是所测得的地球磁场在本身的坐标系下的各个轴上的分量， M x 、 M y 、

M b 为经过加速度计校正后的各个轴的地球磁场密度值。可以写成： 

2。3 航姿参考系统原理

2。3。1 惯性解算

惯性解算就是利用惯性传感器的信号进行处理而获得运动载体的估算姿态角、速度以及 位置等导航信息。例如在测量物体静止时利用加速度计和磁强计的信号可以解算出横滚角、 俯仰角，陀螺仪主要就是为了得到载体坐标系下的角加速度，其信号数据经过积分就可以得 到姿态角[14]。 

AHRS 存在的目的就是要实时计算并输出关于运动载体的姿态信息，AHRS 用于实时计 算并输出载体的姿态信息要在一定的解算基础上[15]。AHRS 中用于姿态更新的算法一般包括 欧拉角法、方向余弦法、四元数法[16]。在利用姿态更新的算法计算中，由于测量以及算法缺 陷等原因会造成姿态更新过程中出现误差，而且这个误差会随着时间的积累而累积，因此严 重影响测量精度，所以经常采用卡尔曼滤波估计误差，达到校正的目的。 来`自+优-尔^论:文,网www.youerw.com +QQ752018766- MEMS传感器的航姿参考系统设计(4):http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_91972.html