一、項目設計背景及概述

　　在許多工程應用中，都需要測量載體與水平面的傾斜角度。對于導航定位系統來說，姿態信息更是一個重要參數。本系統主要目標是在動態情況下通過姿態融合得到精確的俯仰角和橫滾角。首先采用加速度傳感器測量傾斜角度，并對測量角進行數據預處理以減少誤差，其次加入陀螺儀進行姿態融合，主要方法為卡爾曼濾波，得到系統的橫滾角和俯仰角。該方法廣泛應用于工程中，技術成熟，姿態融合效果良好。

　　慣性測量單元在飛行器制造、傳感器技術領域都能見其身影，應用前景十分廣泛。一般的，一個IMU包含了三個單軸的加速度計和三個單軸的陀螺，加速度計檢測物體在載體坐標系統獨立三軸的加速度信號，而陀螺檢測載體相對于導航坐標系的角速度信號，測量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此解算出物體的姿態。在導航中用著很重要的應用價值。

　　為了提高可靠性，還可以為每個軸配備更多的傳感器。一般而言IMU要安裝在被測物體的重心上。IMU大多用在需要進行運動控制的設備，如汽車和機器人上。也被用在需要用姿態進行精密位移推算的場合，如潛艇、飛機、導彈和航天器的慣性導航設備等。利用三軸加速度計，受外力加速度影響很大，在運動/振動等環境中，輸出方向角誤差較大。加速度測量的是重力方向，在無外力加速度的情況下，能準確輸出ROLL/PITCH兩軸姿態角度，并且此角度不會有累積誤差，在更長的時間尺度內都是準確的。但是加速度傳感器測角度的缺點是加速度傳感器實際上是用MEMS技術檢測慣性力造成的微小形變，而慣性力與重力本質是一樣的，所以加速度計就不會區分重力加速度與外力加速度，當系統在三維空間做變速運動時，它的輸出就不正確了。

　　二、項目設計原理

　　1、 原理概述

　　陀螺儀輸出角速度，是瞬時量，角速度在姿態平衡上是不能直接使用，需要角速度與時間積分計算角度，得到的角度變化量與初始角度相加，就得到目標角度，其中積分時間Dt越小，輸出角度越精確，但陀螺儀的原理決定了它的測量基準是自身，并沒有系統外的絕對參照物，加上Dt是不可能無限小，所以積分的累積誤差會隨著時間流逝迅速增加，最終導致輸出角度與實際不符，所以陀螺儀只能工作在相對較短的時間尺度內。

　　所以在沒有其它參照物的基礎上，要得到較為真實的姿態角，就要利用加權算法揚長避短，結合兩者的優點，擯棄其各自缺點，設計算法在短時間尺度內增加陀螺儀的權值，在更長時間尺度內增加加速度權值，這樣系統輸出角度就接近真實值了。