基于MEMS传感器的姿态检测系统是一种可以实时获取运动载体姿态角的惯性测量设备。目前已经广泛应用于民用消费电子、工业控制和航天航空等领域。随着应用领域的不断延伸和扩展,对姿态检测系统的性能也提出了更高的要求。本文首先介绍了姿态检测系统的研究背景及意义。针对现有姿态检测系统的优缺点调研了大量国内外文献,对姿态检测系统中的多传感器组合测姿方案、数据融合算法、传感器校准方法和系统频响特性研究现状进行了分析和总结。由于目前在大多数应用领域中,姿态检测系统的解算精度和频响特性都是应用选择的重中之重,所以本文提出基于MEMS传感器的姿态检测系统精度与频响特性研究课题。本文接着详细阐述了姿态检测技术中的基础理论知识。介绍了姿态检测系统的常用坐标系、姿态角定义和姿态表示方法,同时说明了加速度计、陀螺仪和磁传感器的姿态解算原理,并且详细介绍了卡尔曼滤波算法和互补滤波算法的设计思想以及在姿态解算过程中的实际应用。此外针对传感器存在的各种误差,分别为加速度计、陀螺仪和磁传感器设计了不同的校准补偿方法,以此提高传感器的输出精度。本文然后根据小型化、低功耗和高精度的民用消费领域应用要求设计了一种基于MEMS传感器的姿态检测系统。该系统以STM32为微控制单元,采用六轴惯性传感器ICM-42605和磁传感器HMC5883L的组合测姿方案来获取载体的加速度、角速度和磁场信息,并结合数据融合算法解算运动载体的姿态角,最后通过NRF24L01无线传输模块传输到上位机进行实时显示。本文最后通过实验平台对设计的姿态检测系统进行了校准实验、静态稳定性实验、动态特性实验和频响特性实验。校准实验通过对比校准前后传感器输出来验证校准补偿算法校准效果,实验结果表明该校准补偿算法能够一定程度上提高传感器的输出精度;通过静态稳定性实验和动态特性实验分别比较卡尔曼滤波和互补滤波算法在系统静止状态的系统稳定性和匀速运动过程中的系统动态特性,实验结果表明采用卡尔曼滤波算法的系统姿态角静态均方根误差均小于0.05°,最大偏差角度均小于0.3°,匀速运动过程姿态角输出线性度均小于0.4%,采用互补滤波算法的系统姿态角静态均方根误差均小于0.08°,最大偏差角度均小于0.7°,匀速运动过程姿态角输出线性度均小于1%;最后针对姿态检测系统在不同应用领域中对系统频响特性要求不同,提出了一种姿态检测系统频响特性测试方法,并通过实验比较了分别采用卡尔曼滤波和互补滤波算法的系统频响特性,实验结果表明采用互补滤波算法的系统频响特性更好。