近年来,无人机在军用和民用领域都得到了很广泛的应用,旋翼式无人飞行器能够垂直起降和悬停,能够适应复杂的城市,山区起降环境,具有“悬停并凝视”目标的能力,而且还可以抵近建筑物飞行,对目标物提供精确定位,且其机动性能良好、隐蔽性好、成本低,在军事和民生方面都有广泛的应用,因而成为当今无人飞行器的研究热点之一。由于悬翼式微小飞行器的能量和带载荷能力有限,这要求姿态测量系统体积小、重量轻、功耗低。随着MEMS惯性传感器和嵌入式系统的发展,使得研制满足这种要求的姿态测量系统成为可能。论文设计了一种基于ARM处理器的满足中低精度要求,由三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS加速度计以及三轴磁强计组成的姿态测量方案,并由此展开了一系列的研究工作。该姿态测量系统能提供无人机的三轴角速度,三轴加速度以及三轴磁场强度,并通过捷联解算得到无人机的航向、俯仰、横滚三个姿态角,提供给飞行控制系统。首先,论文阐述了课题的应用背景、意义及发展状况。其次,论文引入了捷联姿态更新相关的理论及数学基础,列举了姿态解算的方法和姿态确定的方案,确定了论文采用基于四元数的扩展卡尔曼滤波组合姿态确定方法。接着,论文分析了姿态测量系统的误差,建立MIMU及磁强计的输出模型,对惯性器件进行了系统级标定。重点对MIMU/磁强计组合测姿方法进行了研究,介绍了加速度计/磁强计静态姿态解算方法,设计了扩展Kalman滤波器组合姿态解算算法并对算法的效果进行了仿真验证。最后,完成了姿态测量系统总体的设计、实现及测试,分析了系统需求,依此选用姿态测量系统的传感器和电路元器件;完成软件程序编写、硬件模块设计和电路板调试,并进行试验,对试验结果进行了分析。试验和测试结果表明,基于ARM处理器的姿态测量系统运行效果良好,能满足悬翼式微小飞行器小型化、轻量化以及飞行控制需求。