随着经济的高速发展,陆地资源即将消耗殆尽,人们逐渐将资源开发的重心转向海洋,由于海洋环境复杂,突发状况较多,因此海洋开发技术较陆地上难度更大。其中,水下系统的惯性导航技术是核心内容之一,而姿态检测技术是惯性导航的重要组成部分。其应用范围已由原来的航空航天和军事领域,扩展到机器人、海洋探测乃至汽车、消费类电子产品等多个方面。本文提出了一种体积小巧、功耗低、实时性能好的用于姿态检测的惯性测量单元系统,主要由基于MEMS(微电子机械系统)技术的三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计、温度传感器以及高速微控制器及其外围电路组成硬件平台,软件平台核心是高精度传感器数据融合姿态解算算法。系统对外接口为RS232。通过连接PC中的上位机软件,操作人员可以直观的看到设备的3D姿态信息,由此来控制设备。本文由惯性传感器和微控制器的选取与分析、系统硬件平台的设计与搭建、嵌入式软件和上位机软件的编写、传感器数据融合算法的分析与比较、系统测试五个部分组成。其中第1章绪论主要阐述了惯性导航技术的现状和发展趋势,提出了本文的理论价值与实践意义,以及主要的研究内容。第2章姿态检测的原理主要分为姿态的表达方式和数据融合算法,分别讨论了欧拉角、旋转矩阵、四元数的相关原理和优缺点,以及几种惯性器件数据融合姿态检测方法各自的优缺点。第3章至第5章就系统设计展开讨论,确定了以MEMS传感器和STM32F303VCT6为核心的硬件平台。传感器数据融合算法选取了卡尔曼滤波算法,并针对嵌入式这一硬件平台加以改进,提高了实时性。PC中的上位机在VS2012平台下进行开发,通过OpenGL图形接口实现设备姿态的3D实时显示。第6章主要对系统动静态性能进行了测试,包括探究相关参数对系统性能的影响,利用三轴无磁转动平台记录姿态角度实际值,并与10-DOF惯性测量单元显示的角度作比较。