自主飛行器在高加速飛行或全球導航衞星系統（GNSS）信號缺失的情況下，精確且魯棒的姿態估計面臨重大挑戰。傳統的慣性測量單元（IMU）在區分重力加速度與慣性加速度時存在模糊性，僅依靠IMU無法可靠估計傾斜角。雖然常用的輔助速度傳感器如GNSS、皮托管、多普勒雷達或視覺慣性里程計可提供幫助，但這些設備可能不可用、不連續或成本高昂。為此，本文提出一種新型氣壓計輔助姿態估計架構，利用氣壓高度測量提供飛行器垂直運動的互補信息，從而增強基於SO(3)的非線性觀測器的姿態估計性能。
研究貢獻主要體現在兩個方面。首先，設計了一種確定性Riccati觀測器與互補濾波器級聯的方案，在一致可觀測性條件下保證幾乎全局漸近穩定性，同時保持姿態動力學的幾何結構。其次，提出了一種在SO(3)×R2空間上演化的非線性觀測器，將IMU測量作為輸入，氣壓計和磁力計測量作為輸出，構建統一框架，在放寬的一致可觀測性條件下保證局部指數穩定性。
通過對仿真數據和實際飛行數據的驗證，結果表明氣壓計輔助估計方法在最小感知配置下提供了一種輕量級、可靠且有效的互補感知模態，為傳統速度測量不可用或降級時提供了實用的替代方案。這一方法對於無人機、自動駕駛汽車等自主系統在複雜環境下的可靠運行具有重要價值。該方法不僅擴展了姿態估計的傳感器多樣性，還降低了系統對昂貴或易受干擾設備的依賴。未來，這一架構有望集成到更多無GPS環境下的機器人平台中，提升它們在未知或惡劣條件下的導航能力。