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四旋翼姿态测量系统是四旋翼的重要组成部分,针对MEMS姿态测量系统测量精度不高、受外界干扰影响较大的问题,本文设计并实现了一个低成本的MEMS姿态测量系统,重点研究姿态测量系统中的数据融合问题。使用误差四元数的方法构建系统状态方程和量测方程,结合UKF算法实现数据融合,以提高姿态测量精度。考虑姿态测量系统高动态环境下,机械振动较大,外界噪声干扰对传感器影响较大,量测噪声具有未知且变换较大的特性,提出了一种自适应滤波算法,自适应调节噪声协方差矩阵,保证四旋翼在高动态下的平稳飞行。最后,采用嵌入式系统设计实现姿态测量系统整体功能,并对其性能进行实验验证。首先,对国内外姿态测量系统发展情况以及数据融合与姿态解算方法进行分析与总结,并考虑实际成本等因素,确定姿态测量系统的总体方案。本文使用低成本MEMS陀螺仪、加速度计和磁强计构成姿态测量系统的主要传感器,并结合数据融合以及姿态解算方法实现四旋翼姿态的测量。其次,对姿态解算的过程进行分析,使用四元数的方法进行姿态解算,实现姿态测量系统的全姿态工作。并分析MEMS传感器的误差来源,以方便建立较为准确的传感器模型,在四元数的基础上,对传感器进行姿态解算方法进行分析建立合理的传感器姿态测量模型。然后,分析UKF滤波算法的性能以及设计实现过程,确定本文的数据融合方法。通过使用误差四元数的方法构建状态方程与量测方程进一步降低了系统的状态维数,以及响应速度。并针对高动态飞行下,量测噪声容易受到干扰变化较大,提出了自适应误差四元数UKF滤波算法,提高了四旋翼姿态测量系统在高动态下的测量精度。最后,对姿态测量系统的硬件进行设计以及制作,同时配合软件模块实现姿态测量系统的功能,然后对传感器数据进行预处理和校正,结合四旋翼平台对姿态测量系统性能进行验证。仿真和实际的实验结果表明,该姿态测量系统可以减小噪声变化的影响,提高四旋翼姿态测量系统在高动态下的测量精度,对四旋翼姿态测量系统的设计有一定实际参考价值。