01
四元数基础
数学定义、基本运算（加法、乘法、共轭、模）、与旋转的关系
数学旋转
02
姿态表示方法对比
欧拉角（万向锁）、旋转矩阵、四元数优缺点分析
欧拉角奇异性
03
刚体旋转基础
旋转物理意义、坐标系定义、DCM与四元数转换
坐标系DCM
04
四元数运动学方程
微分方程推导、角速度更新、毕卡逼近法
微分方程毕卡法
05
传感器模型与误差分析
陀螺仪/加速度计/磁力计模型（零偏、噪声、刻度因子）
IMU误差
06
姿态解算核心算法
互补滤波、梯度下降、卡尔曼滤波对比
算法融合
07
Mahony互补滤波算法
算法原理、PI控制器、反馈修正、代码调参
Mahony互补
08
Madgwick梯度下降算法
梯度下降步长、与互补滤波融合、代码实现
Madgwick梯度
09
扩展卡尔曼滤波 (EKF)
状态/观测方程、雅可比矩阵、滤波更新流程
EKF雅可比
10
无迹卡尔曼滤波 (UKF)
UT变换、Sigma点、与EKF精度对比
UKFUT变换
11
初始对准与姿态初始化
静态/动态初始对准、协方差初始化
对准初始化
12
传感器标定与校准
六面法加速度计、椭球拟合磁力计、Allan方差
标定Allan
13
多传感器融合策略
松/紧耦合、时间同步、降级处理
融合降级
14
姿态解算数值稳定性
四元数归一化、奇异值处理、积分漂移抑制
归一化稳定性
15
实时性与计算效率优化
定点数、查表法、ARM Cortex-M优化
实时优化
16
C语言工程实现
数据结构、模块化编程、状态机设计
C语言状态机
17
嵌入式平台移植
STM32驱动、I2C/SPI、DMA与中断
STM32移植
18
上位机调试与可视化
Python串口、Matplotlib波形、3D姿态 (Vispy/OpenGL)
可视化Python
19
姿态解算性能评估
静态/动态精度、艾伦方差、蒙特卡洛仿真
评估仿真
20
无人机姿态控制应用
飞控接口、控制周期匹配、故障保护
无人机飞控
21
机器人姿态估计应用
轮式倾斜、机械臂跟踪、人形平衡
机器人平衡
22
VR/AR头显姿态追踪
低延迟、预测滤波、视觉惯性融合 (VIO)
VR/ARVIO
23
水下航行器姿态解算
地磁干扰抑制、波浪补偿、深度辅助
水下地磁
24
车辆姿态估计
侧倾角、GPS航向修正、轮速融合
车辆GPS
25
磁力计辅助航向修正
硬/软磁补偿、倾斜补偿、地磁模型
磁力计航向
26
GPS/INS组合导航
位置速度姿态估计、闭环校正、杆臂效应
组合导航INS
27
视觉惯性里程计 (VIO) 基础
视觉特征跟踪、IMU预积分、图优化
VIO图优化
28
姿态解算故障诊断
一致性检查、卡方检验、残差分析、切换逻辑
故障诊断
29
工程化测试与验证
硬件在环(HIL)、数据回放、长期稳定性
测试HIL
30
前沿趋势与展望
深度学习姿态估计、事件相机、量子传感器
前沿AI