基于MEMS的姿态检测系统是一种新型惯性测量设备,能够实时提供载体横摇、纵摇和航向等姿态信息,具有成本低、体积小、功耗低、便携性好等优势。因此,近几年在生活、生产中都得到广泛应用。但是相比基于光学传感器的姿态检测系统精度较低,难以应用在船舶、飞行器等领域应用。然而,通过提高MEMS器件机械结构精准度的方法来提高测量精度难以实现。因此,通过软件进行误差补偿,提高器件使用精度是急需解决的问题。另外,扩展系统数据通信功能,保证系统在实际应用中的便捷性,也是值得关注的问题。本文针对姿态检测系统中MEMS器件误差补偿、系统姿态解算算法、硬件电路及软件程序四方面展开设计。论文的主要工作如下:首先,介绍课题研究的目的与意义,分析国内外发展现状和需要解决的关键技术;根据系统需求完成MEMS器件选型,使用FXAS21002C三轴数字陀螺仪和FXOS8700CQ六轴传感器敏感载体姿态信息;设计FIR滤波器减小MEMS陀螺仪随机误差;建立传感器安装误差、标度因数误差模型,完成传感器标定及校正;通过应用人工鱼群算法,实现了 MEMS陀螺仪的温度补偿;通过MATLAB软件完成系统数据计算,得到以上三种误差补偿的相关参数。对器件进行误差补偿,保证姿态解算数据的可靠性。其次,提出姿态解算算法的总体设计方案,通过对比四元数法和旋转矢量法在解算时产生的误差,选择四元数法进行姿态解算;设计初始对准算法,为系统提供初始四元数;为提高系统动态性能并减小四元数累积误差,基于地磁传感器和加速度计,设计了多传感器融合的扩展卡尔曼滤波算法。再次,提出姿态检测系统硬件平台设计方案,设计电源管理电路为系统提供电能,采用Kinetis60单片机作为核心控制器,对MEMS传感器采集的姿态信息进行转换和解算。除此之外,基于核心控制器内部集成的SDHC模块开展SD卡存储电路设计;完成基于TCP/IP协议的WI-FI通信模块设计;采用UART通信方式实现GSM模块与核心控制器数据互传;实现基于模拟SPI的LCD显示功能。最后,设计核心控制器内部软件程序的总体流程,完成核心控制器底层驱动程序及算法程序的编写,将硬件平台与算法结合,实现载体横摇角、纵摇角和航向角的全姿态测量。通过一组高动态实验和转台静态实验验证系统性能,实验结果表明所设计的MEMS姿态检测系统横摇角和纵摇角精度为±0.3° ,航向角精度为±1° ,且具有较好的实时性,能够实时采集并显示载体姿态。