民用微小型无人飞行器由于驱动力和负载能力有限,要求携带的航姿参考系统体积小、质量轻、功耗低、精度适当。本文设计开发了一款基于ARM嵌入式微处理器和微机电系统(MEMS)惯性测量模块的微小型低成本航姿参考系统,并针对MEMS传感器由于受环境噪声和自身漂移影响,单独使用引起较大测量误差的问题,提出了一种基于最速下降理论的姿态估计方法。设计了基于陀螺仪、加速度计和磁强计的多传感器数据融合仿真实验,分别从计算量、收敛性、收敛速度、收敛精度四个方面比较了采用扩展卡尔曼滤波(EKF)和最速下降法(STDM)进行数据校正的效果。实验结果表明,EKF和STDM都能保证数据具有较好的收敛性,在收敛精度方面两者相差不大,但STDM的计算量只有EKF的1/8,收敛速度比EKF快近4倍,在飞行器姿态快速估计中具有较大应用价值。