在民用领域的电子玩具、三维仿真、运动检测、机器人、VR游戏等方面,都急需一种低成本小型化航姿参考系统,而传统的航姿参考系统由于价格高、体积大的原因限制了在这些方面的应用。随着嵌入式系统的飞速发展和新型MEMS惯性元器件的出现,使得研究低成本小型化航姿参考系统成为可能。本文研究了一种基于ARM内核的高性能的嵌入式微处理器和嵌入式实时操作系统的航向姿态参考系统。本文首先介绍了航姿系统的基本理论及其工作原理,包括惯性系统中常用坐标系的定义、姿态角的定义、四元数法、旋转矢量法,重点介绍了载体姿态测量的原理。通过对自适应加权因子和预报残差的研究,提出了一种基于指数渐消因子的自适应卡尔曼滤波算法。其次,介绍了基于嵌入式系统的微惯性航姿系统的硬件和软件设计。提出了硬件设计方案,并对各个功能模块进行了详细说明;同时也提出了软件设计方案,重点介绍了基于ARM的航姿参考系统的软件实现方法。为了验证系统的可行性和可靠性,搭建了嵌入式实时测试平台,详细论述了Simulink/RTW生成可移植C代码的原理。最后,搭建了基于ARM航姿解算的实验系统,详细介绍了航姿解算实验的实现过程,解决了代码移值和调试中出现的很多问题,成功实现了代码的跨平台移植和运行。实验结果证明,由三轴微加速度计、三轴微陀螺仪和三轴磁阻传感器组成,以S3C2410X微处理器和裁剪的Linux2.6实时操作系统为核心的航向姿态参考系统,与通常的航姿测量系统相比,具有体积小、成本低、实时性强等特点,在民用领域具有很广阔的应用前景。