MPU6050姿态结算（采用硬件I2C实现数据融合算法）

姿态角（Euler角）pitch yaw roll

飞行器的姿态角并不是指哪个角度，是三个角度的统称。

它们是：俯仰、滚转、偏航。你可以想象是飞机围绕XYZ三个轴分别转动形成的夹角。

地面坐标系（earth-surface inertial reference frame）Sg--------OXgYgZg

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①在地面上选一点Og

②使Xg轴在水平面内并指向某一方向

③Zg轴垂直于地面并指向地心(重力方向)

④Yg轴在水平面内垂直于Xg轴，其指向按右手定则确定

机体坐标系(Aircraft-body coordinate frame)Sb-------OXYZ

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①原点O取在飞机质心处，坐标系与飞机固连

②x轴在飞机对称平面内并平行于飞机的设计轴线指向机头

③y轴垂直于飞机对称平面指向机身右方

④z轴在飞机对称平面内，与x轴垂直并指向机身下方

欧拉角/姿态角（Euler Angle）

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机体坐标系与地面坐标系的关系是三个Euler角，反应了飞机相对地面的姿态。

俯仰角θ（pitch）：机体坐标系X轴与水平面的夹角。当X轴的正半轴位于过坐标原点的水平面之上（抬头）时，俯仰角为正，否则为负。

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偏航角ψ（yaw）：

机体坐标系xb轴在水平面上投影与地面坐标系xg轴（在水平面上，指向目标为正）之间的夹角，由xg轴逆时针转至机体xb的投影线时，偏航角为正，即机头右偏航为正，反之为负。

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滚转角Φ（roll）：机体坐标系zb轴与通过机体xb轴的铅垂面间的夹角，机体向右滚为正，反之为负。

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首先要明确，MPU6050 是一款姿态传感器，使用它就是为了得到待测物体（如四轴、平衡小车） x、y、z 轴的倾角（俯仰角 Pitch、滚转角 Roll、偏航角 Yaw） 。我们通过 I2C 读取到 MPU6050 的六个数据（三轴加速度 AD 值、三轴角速度 AD 值）经过姿态融合后就可以得到 Pitch、Roll、Yaw 角。

本帖主要介绍三种姿态融合算法：四元数法 、一阶互补算法和卡尔曼滤波算法。

一、四元数法

关于四元数的一些概念和计算就不写上来了，我也不懂。我能告诉你的是：通过下面的算法，可以把六个数据转化成四元数（q0、q1、q2、q3），然后四元数转化成欧拉角（P、R、Y 角）。

        虽然 MPU6050 自带的 DMP库可以直接输出四元数，减轻 STM32 的运算负担， 这里在此没有使用，因为我是用 STM32 的硬件 I2C 读取 MPU6050 数据的（http://bbs.elecfans.com/forum.ph
... 4&page=1#pid3625735），DMP库需要对 I2C 函数进行修改，如 DMP 库中的 I2C 写：i2c_write(st.hw->addr, st.reg->pwr_mgmt_1, 1, &(data[0]))；有4个输入变量，而 STM32 硬件 I2C 的 I2C 写为：void MPU6050_I2C_ByteWrite(u8 slaveAddr, u8 pBuffer, u8 writeAddr)，只有 3 个输入量（这之间的差异好像是由于 MPU6050 的 DMP
库是针对 MSP430 单片机写的），所以必须进行修改，但是改固件库是一件很痛苦的事，你们应该都懂。当然，如果你用模拟 I2C 的话，是容易实现的，网上的 DMP 移植几乎都是基于模拟 I2C
的。