导航及无人机姿态检测融合算法很难？用sensor fusion来搞定！

，程序还是使用MPU6050的驱动，缺点是会偶尔丢失数据，自带的姿态融合算法的更新频率不高）；

2.MCU：GD32F103CB（Gigadevice公司的，ARMcortex-M3内核，32位MCU，主频最高108Mhz，48Pin，与ST同型号的32位MCU 直接兼容，性价比更高，外接8M晶振，也可使用内部8M晶振，晶振远离传感器，避免干扰磁力计，不过当时考虑不周，这个芯片的timer太少了，以后会先采用GD32F103VCT6或者GD32F107VCT6）；

3.电源芯片：TLV70233DBVR（TI的LDO，输入2-6V，输出3.3V，只需要外接2个X7R无极性陶瓷电容，价格太高）

4.串口：MAX3232（方便调试）

5.USB供电，输出电压5V

6.目前机架、电调、电池、电机和螺旋桨已买好，来张图，比较大众化：

上图：

图1：PCB的3D效果图，测试版，先追求调通得出姿态角，后续改版会做大的调整：

第二部分：软件

1.使用keil，uvision4.1.0，工具链：RealViewMDK-ARM Version4.12；

2.驱动：官方的MPU6050驱动inv_mpu.c和inv_mpu_dmp_motion_driver.c；

先看几个图，然后再说坐标轴的设定和算法部分。

上图：

图1：系统初始化，顺序从上到下依次是：初始化MPU、设置需要使用哪些传感器、设置陀螺仪测量范围（我设的是正负500度/s）、设置加速度计测量范围（我设的是正负4g）、配置fifo、设置采样率、装载DMP、设置陀螺仪轴向(比较重要)、使能DMP的一些玩意儿、设置DMP的FIFO、自校准陀螺仪和加速度计、开启DMP、开始姿态融合，见下图：

图2：由四元数求出的最终姿态角，其中Yaw为航向角，表示机头偏离正北方多少度，范

围-180到+180；Pitch为俯仰角，表示机头正方向与水平线的夹角，范围-90到+90；Roll为翻滚角，表示机翼与水平线的夹角，范围：-180到+180。下图为机身水平，且机头正北偏西37度左右的数据：

图3：下图为机翼水平，机头指向正北，且机头向下25度的数据

图4：下图为机头指向正北，保持水平，且机翼的右翼向下倾斜23度的数据

图5：看下欧拉角的奇异点，在奇异点处一个转动状态对应无穷多组自由度值，当物体转到这些奇异点附近，便没法求解。图中当Pitch为+90度时，机体的姿态便没法控制，Roll的轴向发生了变化。如下图：

第三部分：如何确定自己的轴向

首先，轴向的定义跟初始化四元数和最后结算的欧拉角有关，跟四元数更新算法无关，换句话说，不管你的轴向如何定义，姿态融合算法随便用，但是初始化四元数的公式和最后结算欧拉角的公式要做适当的改变，这个后面算法中有说。加速度计也好，陀螺仪也好，磁力计也好，他们的轴向都要满足右手定理，如下图：

再附上一段注释用于解释如何定义合理的轴向，以及如何正确旋转传感器的轴向，解释这么多其实就是说定义好的轴向要满足右手定理，如下图：

下图，旋转前是[x y z]，旋转后就是[-y x z]：

下图是如何确定旋转角度的正方向，用右手握住坐标轴，拇指指向轴向的正方向，四个指头弯曲的方向就是旋转角度的正方向，在初始化四元数时，计算出的欧拉角的正方向也要满足这个条件：

我的程序使用的轴向如下图所示，未作任何改变：

第四部分：算法

第一步是校准，加速度计和陀螺仪我用的是MPU9150内部自校准，磁力计的校准采用如下方法：见附件-磁力计校准

第二步是初始化四元数，常见的轴向定义是绕x轴旋转是Roll，绕y轴旋转是Pitch，绕z轴旋转是Yaw，我的程序中也有这样的定义，不过被我注释掉了，这里举个另外一种轴向定义来对初始化四元数进行说明，方便比较，也是我目前正在用的轴定义。

下面我们来定义绕x轴旋转是Pitch，绕y轴旋转是Roll，绕z轴旋转是Yaw，轴向的正方向如上图一样，不变。

先对加速度计和磁力计的数据进行处理，得到init_xx来供我们使用如下图：

然后通过公式计算出初始化的Roll、Pitch、Yaw，注意加负号保证旋转角度的正方向，如下图：

其中Yaw的正方向未必对，可以自己去验证下，具体参考公式见附件-ST电子罗盘计算Yaw

然后由上面的欧拉角求出初始化四元数，这时要注意旋转顺序的不同，公式也不同，大部分旋转顺序是Z-Y-X，我的程序里也用的这个顺序，在这里我们按Z-X-Y的顺序来旋转，并得出求四元数的公式以做比较，其旋转矩阵:

q=qyaw*qpitch*qroll=

(cos(0.5*Yaw)+ksin(0.5*Yaw)) *(cos(0.5*Pitch)+isin(0.5* Pitch)) * (cos(0.5*Roll)+jsin(0.5* Roll))

得出初始化四元数计算公式如下图所示：

其中i，j，k之间相乘的顺序不能随意变，在前的先计算，