随着科技的发展,微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术不断进步,MEMS惯性器件的精度和稳定性得到了很大的提高,基于MEMS器件的惯性测量系统具有体积小、成本低、功耗低的特点,同时作为惯性导航技术的重要硬件基础,逐渐成为研究的热点领域,无论是理论上的探索还是实践领域的应用,都得到了广泛的关注和重视。而加速度计和陀螺仪无疑是当前阶段应用最为广泛的两种MEMS惯性传感器件。其中,加速度计是用于测量轴向加速度并转换成可用输出信号的传感器;陀螺仪是测量运动体相对于惯性空间的旋转角速度的传感器。在一个系统中上集成三轴MEMS加速度计和三轴MEMS陀螺仪,可以组合形成一个测量载体三轴方向的加速度和三轴方向的角速度的惯性测量系统,该系统在航空航天、军事及民事领域都有十分广泛的应用。本文围绕惯性测量系统的基本原理及应用展开研究,设计实现了基于MEMS器件的惯性测量系统。利用该系统提供系统惯性测量数据信息和解算输出姿态角功能。主要研究内容如下:首先,对该系统的结构特征加以针对性的分析,确定了系统硬件主要由微控制器STM32F103芯片、三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺仪共同构成。本文所设计系统中使用的陀螺仪,在实际应用过程中可同时对三个方向上的角速度进行采集,对于加速度计的应用,可以为系统实时测出载体三个方向的加速度数据。开发环境选择当前已经较为成熟的Altium Designer,结合设计的具体要求,分别对系统主控制模块、加速度模块、陀螺仪模块以及电源模块进行了设计,并通过IIC通信方式对MEMS惯性器件实时采集惯性数据。开发过程中,选择Keil MDK编译环境进行嵌入式开发,利用软件驱动连接硬件接口和软件接口,实现系统的数据采集功能。其次,通过滤波算法对采集到的加速度和角速度原始数据进行滤波,减少噪声干扰,保证测量精度,输出稳定准确的惯性数据。将得到的数据进行了姿态解算,根据陀螺仪测得的角速度通过四元数算法解算得到惯性测量系统的姿态角,包括俯仰角、横滚角和航向角。为了提高姿态角的准确性,利用加速度数据进行解算得到了另一组姿态角数据,本文通过设计的卡尔曼滤波算法对两组姿态角的误差数据进行校正,得到了系统姿态角的最优估计。使得输出的姿态角数据信息更加准确,保证了系统的测量精度。然后,惯性测量系统的上位机数据采集系统是在LabVIEW的开发环境下进行设计,通过串口通信,可以直观显示惯性测量系统采集到的实时三轴加速度和角速度信息,以及解算出的姿态角信息。最后,以实验操作的方式,对系统静态和动态误差特性进行了进一步的验证,验证了该基于MEMS器件的惯性测量系统设计的有效性与可靠性。