在我国大力推广智能科技应用到人们日常生活的时代背景下,民用消费级航姿系统的研究得到重视。本文面向农业、林业等生活领域设计一款低成本航姿测量系统,用于实现相关智能作业装备的姿态信息测量,并提出了一种九轴MEMS运动测量单元与GPS组合的姿态测量方案。该方案在低成本的前提下,保证了系统的测量精度。本文首先阐述了航姿系统相关基础理论,对比分析几种常用姿态更新算法后,选择四元数法进行系统姿态解算。设计了三个九轴MEMS运动测量单元的配置方案,并重点探讨了三个陀螺仪的数据融合方法。在介绍卡尔曼滤波算法的基础上,推导了组合系统数据融合算法,结合仿真结果对算法的性能及该算法在系统中实现的可行性进行分析。其次,给出了系统硬件总体设计方案,并完成了各模块电路的详细设计。为了实现系统多传感器数据采集的可扩展性,设计了微控制器板、数据通信板、MEMS传感器单元电路板组合的硬件结构,并完成了系统硬件调试。然后,在软件设计方面,给出了系统软件设计总体方案,采用模块化思想分块完成了ARM初始化模块、MEMS传感器数据采集模块、GPS单元数据采集与解析模块、数据融合与姿态解算模块、数据存储模块、以太网通信模块的软件设计。设计了基于QT的串口/网口的通信姿态显示界面,该界面可实时显示姿态角数据并保存。最后,论文完成了系统的模块测试与性能验证实验。给出并分析了传感器数据采集模块的性能测试结果、以太网/串口通信模块及界面显示功能的测试结果。设计了系统静态实验、定点摇摆实验以完成系统姿态测量性能测试。系统实验结果表明:系统在静态实验环境中,姿态角均方根误差不超过1~°,在定点摇摆实验中,俯仰角与横滚角均方根误差在2.0~°以内,航向角均方根误差不超过7.0~°,本文设计的航姿系统初步具备了实时稳定的姿态测量能力。