针对微惯性测量组件在微型机器人、小型无人飞行器等微惯导领域应用为研究背景,开展了微惯性组件中融合多种传感器信息的姿态测量方法研究。通过陀螺仪,加速度计,磁阻传感器等微惯性传感器的测姿方法,对不同传感器组合测试得到结果进行数据融合,选择融合测姿结果作为观测数据,随后联合无迹卡尔曼滤波器进一步准确估计载体姿态。采用研制的微惯性组件与商用AHRS系统搭建了实验平台,开展了不同算法下的人体姿态测量实验,实验结果验证了算法的有效性。

描述了用三轴加速度计与三轴磁强计测量地下钻头倾斜角、工具面向角和方位角的方法,给出了具体的系统结构和详细的姿态解算。针对由于钻具铁磁性材料引入干扰磁场对方位测量的误差,提出了利用当地地磁场进行方位角校正的方法,并给出仿真结果。结果表明,这种校正方法能够在不更换钻具即测量装置仍放在一段无磁钻铤内部的情况下,获得准确的方位角,因此可以大大减少无磁钻铤的长度,节省钻进成本。

　针对利用地球重力场和磁场矢量观测进行自主姿态测量的姿态仪表现有算法的不足,提出了一种新的优化递推估计算法:采用卡尔曼滤波框架,利用加权统计线性回归技术进行测量更新,在相同条件下,可将测量精度提高一倍,并能同步提供姿态速率信息。仿真结果表明了该算法的有效性和合理性。

姿态测量是飞行器实现自主导航的前提条件。针对单轴红外地平仪在飞行器姿态绝对测量中存在盲区的问题，提出了利用两轴红外地平仪进行全范围角度测量方案。在待测姿态角平面内，将地平仪两轴垂直放置，通过判断转动过程中两组传感器所在的象限位置，利用两轴必有一轴工作在非盲区的特点，合理选取输出量进行转角解算。解算结果和实验设定转角进行比较，二者静态偏差小于r，能实现360°全范围角度测量。两轴红外地平仪全范围角度测量克服了单轴红外地平仪角度测量范围的局限性，对飞行控制中姿态角反馈具有重要意义。

研究了倾角仪相对于电荷耦合器件的倾斜安装误差的标定方法和补偿技术．运用旋转矩阵描述了传感器之间的相对位置关系，并由此定义了3个安装误差参数，通过旋转矩阵的复合变换推导了测角系统因倾斜安装倾角仪而造成的测量误差的表达式，采用蒙特卡罗方法分别分析了3个安装误差参数对系统测量误差的影响，最后给出了3个安装误差参数的标定方法并进行了基于高精度三轴转台的安装误差补偿实验．实验证明所提方法有效地减小了倾角仪的倾斜安装误差对角度测量的影响，使系统获得了更高的测量精度．

随钻测量单元是水平定向钻进导向系统的关键组成部分，解算出正确的姿态信息是实现导向的前提。描述了利用3轴加速度计和3轴磁阻传感器测量钻具倾角、方位角和工具面向角等姿态信患的方法，并推导出相应的计算公式。针对测量过程中存在的温度和正交误差源，给出了相应的误差补偿方法；针对钻具干扰磁场和地磁倾角、地磁偏角对方位角测量引入的误差，详细分析了补偿原理，建立了补偿模型。误差实验结果表明，该补偿方法可以提高姿态测量的精度。

对一种采用捷联技术的基于PC104的路谱测量系统的构成和主要功能进行了介绍,对系统的信号处理电路进行了详细的分析和设计,采用FPGA设计实现了对传感器输出信号的处理和测量及PC104与传感器和D/A转换器的接口电路,用电平转换电路实现了TTL电平和LVTTL电平之间的双向转换,并设计了系统的软件流程图。实验表明系统可实时测量载体的三维姿态信息并具有较高的精度和可靠性。

针对姿态测量在低成本、低功耗、微型化应用中的需求，设计了三轴MEMS陀螺仪、加速度计、电子罗盘与嵌入式技术相结合的姿态测量系统。介绍了系统的组成结构，设计了嵌入式姿态测量硬件电路，并实现了基于姿态计算DCM算法的程序。上位机演示表明，系统的姿态测量结果准确、动态效果好。