Dirigido al problema de la precisión de la solución de actitud de vehículos aéreos no tripulados (UAV) pequeños y el rendimiento en tiempo real en vuelos de navegación a corta distancia, en este documento, proponemos un algoritmo de estimación de actitud de filtro de Kalman de error de doble capa débilmente acoplado (DL-ESKF) rápido. Considerando la aplicación de la navegación a corta distancia, diseñamos un modelo de error de actitud mejorado para dispositivos de bajo costo giroscopio/ acelerómetro/magnetómetro. Además, simplificamos razonablemente ciertos factores que afectan la solución de actitud para reducir la carga de cálculo del filtro. Para el fenómeno de acoplamiento de datos causado por las diferentes frecuencias de muestreo de los datos del sensor de actitud en el proceso de filtrado, diseñamos un nuevo algoritmo de actitud combinado con el ESKF y el filtro jerárquico. La primera capa de filtros utilizó un acelerómetro y la segunda capa utilizó un magnetómetro para corregir el error de actitud. También construimos una plataforma de prueba fuera de línea y en tiempo real para verificar el rendimiento del algoritmo propuesto en un entorno de prueba de simulación y vuelo en comparación con los algoritmos de actitud clásicos. Los resultados experimentales demostraron que el algoritmo propuesto no solo mejoró la precisión y estabilidad de la solución de actitud, sino que también redujo el tiempo de ejecución del filtro.