为了提高惯性导航仪的启动速度，需要利用欧拉角求取初始的四元数，首先根据运动体上三轴加速度计输出的三轴加速度（ fx，fy，fz），求取俯仰角θ与横滚角φ
利用公式（3-5）和（3-7）可以完成对四元数的初始化工作。
3 系统硬件设计
3.1 iNEMO模块简介
iNEMO惯性导航模块的基本原理如图2所示，利用MEMS传感器和主控芯片STM32F103RET6提供动静态方向和惯性测量功能。集成3个（4种）意法半导体传感器 ：3轴陀螺仪（L3GD20）、3轴加速度计+3轴磁力计（LSM303DLHC ）以及气压传感器 （LPS331AP ），iNEMO传感器平台主控制器通过I2C总线与各传感器通信。iNEMO传感器平台可以通过串口向外界提供各传感器原始数据，还可以提供各传感器经AHRS算法融合后的横滚、偏航及俯仰角度。
3.2 主控制器电路设计
图3为系统主控板电路图，其中处理器采用了STM32F103VCT6，STM32系列单片机以Cortex-M3为内核，时钟频率可达到72M Hz，具有丰富的片内外设，高性能、低成本、低功耗的特点使其成为32位产品用户的最佳选择。主控板拓展了多个串行接口，和iNEMO腿部模块、iNEMO腰部模块和GPRS模块进行串口通信。稳压芯片选用了LM2576D2T-5，其最大输入电压为45V，可稳定输出5V电压，再经过REG1117-3.3的稳压电路，产生3.3V工作电压，当电流异常导致温度过高时，保险丝F1、F2可以自身熔断切断电流，起到保护电路的作用。另外主控电路还包括复位电路、晶振电路、电容滤波电路以及JTAG下载接口等。
图3 主控板电路图
3.3 GPRS电路设计
图4为GPRS电路图，主要包括MCU、SIM300模块、SIM卡卡槽、稳压电路四部分。MCU同样采用了STM32F103VCT6，围绕它设计了单片机最小系统，包括晶振电路、复位电路、电容滤波电路等，MCU通过串口向SIM300发送控制指令以及接收SIM300返回的数据；SIM300模块与PCB板的连接方式为60引脚的板板连接器，全部引脚从该连接器引出，SIM300的网络状态指示灯引脚可根据模块的网络状态输出不同频率的电压脉冲，方便观测模块是否正常工作，对于不需要用的音频接口、LCD接口等，对应的引脚悬空即可；稳压芯片选择方面，可以使用开关型稳压芯片或者LDO线性稳压芯片，开关型稳压芯片转换效率高，但是需要的外围器件较多，且多为功率器件，占用空间比较大，为了节省PCB空间，设计中采用MIC5219-3.3BM5稳压芯片作为SIM300的电源调理芯片。
