基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)陀螺仪、MEMS加速度计及电子磁强计的低成本AHRS(Attitude and Heading Reference System)系统是一种自主式载体姿态测量系统。该系统具有功耗低、体积小且成本低的优点,在小型飞行器、智能机器人及人体运动分析等领域具有广阔的应用前景。航姿系统在运动机动性较强的情况下会产生较大的运动加速度,从而影响加速度计的数据输出,导致基于加速度的姿态解算产生误差。此外,航姿系统在磁干扰较多的环境中进行机动运动,也会对磁强计产生磁干扰,导致基于磁强信息的姿态解算同样会产生误差。而上述因机动运动产生的误差,将导致航姿系统输出的姿态结果精度下降甚至无法使用。为解决载体机动条件下的MEMS-AHRS航姿解算问题,课题主要研究工作如下:首先,结合加速度计、陀螺仪和电子磁强计的特点,通过误差分析建立了上述传感器的误差模型,完成了各传感器的标定工作。其次,针对载体在磁干扰较多的环境中进行机动运动的情况,在研究现有姿态解算方案的基础上,深入分析了带有磁干扰的载体机动运动对姿态测量的影响,设计了具有抗机动扰动能力的航姿系统方案。提出先通过自适应卡尔曼滤波器实现对传感器测量值的实时补偿,利用卡尔曼滤波相关误差统计量筛选各测量数据,再使用梯度下降法进行姿态融合的航姿算法。此外,为提升所设计的算法的工程实用性,设计和优化了传统卡尔曼滤波器数学模型,精简了姿态解算算法结构,在保证姿态精度不下降的同时减小了算法的运算量,利于实际算法的实际工程实现。最后,利用MPU6050陀螺仪和加速度计芯片、HMC5883L磁强计芯片及STM32ARM处理器等搭建了MEMS航姿系统的硬件平台,设计机动性实验并测试了该航姿系统的抗机动扰动能力。此外,利用上位机实现低成本MEMS-AHRS的传统的姿态解算算法(互补滤波姿态解算法),并进行了半物理仿真实验,将该方法作为对比对象。通过对比传统算法的半物理仿真结果与所设计的航姿系统硬件平台输出的结果来评估本课题所提出的姿态解算方案输出姿态精度。将本课题提出算法、互补滤波姿态解算法与姿态参考真值进行做差比对计算,得到了姿态结果的误差统计。结果表明,载体在磁干扰多的环境中进行强机动运动时,相比于传统的互补滤波姿态解方案,本课题所提出的姿态解算方案提供的横滚角均方误差减小了9%,俯仰角均方误差减小了10%,航向角均方误差减小了38%,有效提升了航姿系统输出姿态的精度。