近几年来,姿态角度测量在航空、航海等军事装备中的重要性愈发突显。姿态传感器作为测量姿态角度的一个重要工具,其在姿态角度测量中发挥的作用备受关注。运用于国防军事的高精度传感器的性能优良,一般价格昂贵,有的甚至体积、重量较大,不符合民用产品上对姿态测量产品的需求。本课题采用成本较低、性价比较高的MEMS器件设计三维姿态传感器实现三维姿态角度的实时测量。本论文从传感器技术的发展入手,分析本课题研究设计的传感器的功能和应用环境,通过方案比较后确定了本课题的设计方案,采用低成本的陀螺仪、加速度计集于一体的MPU-6050及三轴磁阻传感器HMC5883L惯性器件组合测量载体角速度、加速度及地磁分量的设计方案。论文分硬件设计、软件设计和数据处理三方面的内容。根据本课题设计的硬、软件均采用模块化的设计方法,逐块完成设计,实现基本的数据测量。硬件方面详细介绍了各子模块的电路设计及设计中加入的滤波、保护电路；软件主要是各模块的程序编写和程序调试。数据处理主要分为误差处理和数据融合两部分。误差处理是分析惯性器件的特性,依据理论分析和器件分立标定测试数据确定传感器的误差来源,在标定测量的数据基础上将其误差进行归类、分析后建立误差来源与数据关系的数学模型,实现提高传感器测量精度的目的。经过互补滤波和卡尔曼两种算法的对比确定了数据融合的算法,实现了姿态角度的实时测量。经过测试表明,本课题运用惯性器件设计的低成本的三维姿态传感器在静态测试试验中误差小于0.5°,动态测试中误差小于2°,满足市场上对该类姿态测量产品的精度需求,由此证明本课题的设计方案合理,数学模型建立准确,数据融合算法行之有效。