中文引用格式： 赵雨婷，邢计元，张东钥，等. 基于DSP的实时姿态感知系统设计[J]. 电子技术应用，2025，51(11)：76-82.
英文引用格式： Zhao Yuting，Xing Jiyuan，Zhang Dongyao，et al. Design of real-time attitude sensing system based on DSP[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(11)：76-82.
引言
在自主移动机器人、无人机及智能运载工具领域，精准的姿态感知是实现稳定导航与控制的核心前提。然而，传统姿态测量系统面临显著技术挑战：一方面，低成本MEMS陀螺仪虽具备高动态响应特性，但其输出易受温度漂移和积分误差影响，导致长期稳定性不足；另一方面，单一加速度计无法有效区分重力加速度与载体运动加速度，在复杂运动场景下误差显著；此外，磁通门传感器虽能提供绝对航向信息，但易受电机、电源线等电磁干扰，导致航向角漂移。针对上述问题，本研究提出一种硬件-算法协同优化的解决方案。硬件层面以TMS320F28375S型DSP为核心，集成浮点运算单元（FPU）与三角函数加速单元（TMU），配合双通道24位Δ-Σ ADC（ADS131M04）实现磁通门与加速度计信号的同步高精度采样；算法层面设计改进型扩展卡尔曼滤波（EKF）融合六轴惯性数据，引入基于椭球拟合的硬磁干扰在线补偿机制，并通过直接内存访问（DMA）优化数据传输效率[1-3]。
现有姿态感知系统多采用单一传感器或简单融合算法，难以满足复杂环境下的高精度需求。例如，基于四元数的互补滤波算法虽计算量小，但动态响应不足；传统卡尔曼滤波对非线性系统建模能力有限。近年来，研究者开始探索多传感器融合方案，如Mahony滤波器和Madgwick算法通过梯度下降法优化姿态估计，但依赖手动调参且抗磁干扰能力弱；部分研究采用FPGA并行计算姿态解算，但功耗与成本较高；部分研究提出基于神经网络的地磁补偿算法，但实时性不足[4-6]。本研究通过结合高性能DSP的硬件特性与自适应滤波算法，在精度、实时性与功耗之间取得平衡。
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作者信息：
赵雨婷，邢计元，张东钥，任畅
（中国电子信息产业集团有限公司第六研究所，北京 100083）
