MPU6050主要包含陀螺仪和加速度计。陀螺仪主要测量角速度，即可以测出某一时间段物体转过的角度。加速度计测量的是物体的加速度，重力加速度即物体受重力作用的情况下具有的加速度，物体静止时，加速度计测出来的加速度等于重力加速度g，约等于9.8米每平方秒，重力加速度总是竖直向下，通过计算重力加速度在X,Y的分量，则可以计算出物体相对于水平面的倾斜角度。
我们先来看看如何用欧拉角描述旋转(坐标变换)：
绕Z轴旋转即滚转角，绕Y轴旋转即偏航角，绕X旋转即俯仰角。
这里需要注意绕X,Y,Z轴方向旋转的先后顺序不一样，得出余弦矩阵的顺序（也就是公式）也不一样。并且在一组旋转里X,Y,Z不可交换(Euler旋转)，所以有先后顺序之分（程序中）。旋转变换有12种表示方式，分别为：XYZ、XZY、XYX、XZX、YXZ、YZX、YXY、YZY、ZXY、ZYX、ZXZ、ZYZ。这里还有一点需要注意，那就是"Gimbal Lock"。图中（ZYX，以下均为此顺序）的绕Z旋转会导致YX轴变化，但是Y影响X不会影响Z，X不会影响ZY。因此，如果旋转Y±90°，那么Z轴方向不变，但是会改变X轴方向，导致YX轴同向。此时保持Y值不变，那么改变Z或者X的效果相同。
Gimbal Lock总结就是，其源自Euler旋转原理，此原理旋转变量不可交换，所以有先后之分，所以可以改变后两个轴而第一轴方向不变，所以产生轴共线，即Gimbal Lock。
上图中得出旋转后的欧拉角公式，但是无人机的姿态结算中不能用欧拉角公式计算，一方面是因为欧拉角微分方程中包含了大量的三角运算，这给实时结算带来了一定的困难。而且当俯仰角为90度时方程式会出现神奇的“Gimbal Lock”。所以欧拉角方法只适合水平姿态变化不大的情况，而不适用于飞行器的姿态确定。
下面对四元数姿态进行结算：
- 重力加速度归一化。即将加速度计的三维向量（ax,ay,az）转换为单位向量，因为是单位矢量到参考性的投影，所以要把加速度计数据单位化。归一化只是改变这三个向量的长度，方向不改变，也就是只改变了相同的倍数，只是为了与单位四元数对应。ax,ay,az是机体坐标参照系上，加速度测出来的重力向量。
- 四元数换成方向余弦中的第三行的三个元素。将当前姿态重力在三个轴的分量分离出来，把四元数换算成方向余弦中的第三行的三个元素(vx,vy,vz)。惯性测量器件测量的都是关于b系的值。vx,vy,vz是陀螺仪的值积分后的姿态来推算出的重力向量。
- 向量叉积得出姿态误差。将ax,ay,az和vx,vy,vz对应的进行向量叉积（向量外积、叉乘）。分别得出ex,ey,ez。这个叉积向量仍然是位于机体坐标系，并和积分误差成正比，正好矫正陀螺。
- 对误差进行积分。将ax,ay,az和vx,vy,vz的误差进行积分消除误差。
- 进行滤波。陀螺仪测的值不断的进行更新，相应的积分误差也不断的修正，最后将积分误差反馈给陀螺仪，修正陀螺仪的值。
- 四元数微分方程。通过一阶龙格库塔法更新四元数。
- 四元数归一化。对四元数的单位化，单位化的四元数可以表示一个完整的旋转，只有单位四元数才可以表示旋转，这就是四元数表示旋转的约束条件。
- 四元数转欧拉角。
在加速度计矫正的基础上+磁力计：
在三维空间中，根据重力加速度，加速度为我们提供一个水平位置的参考，但是无法获得方向的参考，这时就需要磁力计，它能给人们提供一个正北方向的绝对参考。
在上述姿态结算的基础上进行磁力计矫正：
- 把磁力计的数据进行归一化处理（进行量化）。
- 根据当前四元数姿态值估算各重力分量vx,vy,vz，再根据vx,vy,vz预估磁场的方向wx,wy,wz。
- 再根据wx,wy,wz对磁力计测出的值进行误差矫正。
- 把加速度计和磁力计修正后的陀螺仪数据整合到四元数中。
- 最后进行角度运算。
以上仅为本人的理解，仅供参考，如有细节上的错误希望大神指点指点！
参考文件链接：对四元数解算姿态的理解(基于匿名六轴)，感谢社区: http://www.playuav.com/article/79
软件姿态解算: http://www.crazepony.com/wiki/software-algorithm.html