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分析了常用飞行姿态估计方法在微小型飞行器上应用的局限性，针对基于微机电系统（MEMS）惯性器件的姿态测量方案，构建了以MEMS陀螺仪姿态矩阵解算为状态更新、以MEMS加速度计重力矢量解算为观测更新的扩展卡尔曼滤波器（EKF），推导了相应的卡尔曼滤波方程。为了提高该滤波器抵抗机动加速度干扰的能力，设计了基于M估计的新息修正方法，该方法能有效地抑制载体阶跃加（减）速对姿态估计的影响。最后通过仿真和样机试验对上述算法进行了验证。