成像跟踪装置是精确制导武器的核心部件,可以实现目标追踪和精确制导等多种复杂功能。姿态测量是成像跟踪装置实现多样化功能的关键技术,目前多数姿态测量系统体积较大,姿态测量算法研究多集中在干扰较小的平稳运动,不适合工作时存在严重加速度干扰的成像跟踪装置。随着人们对成像跟踪装置要求的提高,尺寸更小、功能更丰富的小型成像跟踪装置逐渐吸引了人们的注意。小型成像跟踪装置集成了MEMS惯性传感器实现姿态测量,因此,对集成MEMS惯性传感器的小型成像跟踪装置姿态测量方法的研究具有重要意义。本文围绕小型成像跟踪装置的姿态测量技术展开研究。首先,本文介绍了姿态测量方法的基础理论,包括常用的姿态角解算方法和多传感器数据融合算法;针对小型成像跟踪装置工作时容易受到运动加速度干扰的缺点,提出了一种新的自适应加速度分离算法。其次,本文选择集成加速度计和陀螺仪的MPU6050作为惯性传感器,选择尺寸和性能参数优异的C8051F383作为微处理器,设计了姿态测量系统作为姿态测量方法研究的硬件平台。然后,本文使用滑动窗口中值滤波减小MPU6050测量随机噪声;针对加速度计和陀螺仪特点,分别使用椭球拟合法和量测模型法对MPU6050进行标定和误差补偿,并通过分析误差补偿的结果证明其有效性。最后,本文概括了小型成像跟踪装置姿态测量的总体实现过程,并以Ellipse2-A的测量数据作为姿态角参考值,进行姿态测量实验及结果分析。实验结果表明使用基于加速度分离算法的姿态测量方法,运动状态下姿态角误差可以达到1°以内,精度较普通姿态测量方法提高50%以上,姿态角测量精度和抗干扰能力均可满足实际应用需求。