1、  慣性測量單元IMU(InertialMeasurement Unit)

姿態航向參考系統AHRS(Attitude and Heading Reference System)

地磁角速度重力MARG(Magnetic, Angular Rate, and Gravity)

微機電系統MEMS(Micro Electrical Mechanical Systems)

自由度維數DOF(Dimension Of Freedom)

無人駕駛飛行器UAV(Unmanned Aerial Vehicle)

擴充套件卡爾曼濾波EKF(Extended Kalman Filter)

無損卡爾曼濾波UKF

慣性導航系統INS(Inertial Navigation System)

全球導航衛星系統GNSS(Global Navigation Satellite System)

天文導航系統CNS(Celestial Navigation System)

可垂直起降VTOL(Vertical Take-off and Landing)

2、  常見的導航系統：慣性導航、天文導航、衛星導航、路標導航、無線電導航、推算導航、組合導航。

3、  有兩個基本座標系：“地理”座標系和“載體”座標系。”地理”座標系指的就是地球上的“東北天（ENU）”座標系，而“載體”座標系值的就是四軸自己的座標系。

4、  在“地理”座標系中，重力的值始終是（0，0，1g），地磁的值始終是（0，1，x）。這些值就是由放置在四軸上的感測器測量出來的。

5、  “地理”座標系和“載體”座標系是兩個不同的座標系，需要轉化。轉化的方法就是座標系的轉換，目前有三種方式：四元數（q0123）、尤拉角（yaw（Z軸）/ pitch（Y軸）/roll（X軸）屬於其中一種旋轉順序Z-Y-X航空次序尤拉角）、方向餘弦矩陣（9個係數）。

6、  所謂的姿態，就是公式+係數。比如：尤拉角公式和尤拉角的係數（翻滾、傾仰、偏航）

7、  姿態的資料來源有5個：重力、地磁、陀螺儀、加速度計、電子羅盤。其中前兩個來自“地理”座標系，後三個來自“載體”座標系。

8、  導航的基本原則就是保證兩個基本座標系的正確轉化，沒有誤差。只有實現了這個原則，載體才可以在自己的座標系中完成一系列動作而被轉換到地理座標系中看起來是正確的。為了達到這個目標，需要對兩個座標系進行實時的標定和修正。因為座標繫有三個軸，偏航yaw修正由電子羅盤（基於載體）、地磁（基於地理）對比修正誤差補償得到。傾仰pitch和翻滾roll上的修正由加速度計（基於載體）、重力（基於地理）對比修正誤差得到。在完成了基本原則的基礎之後，即保證兩個座標系的正確轉化後，利用基於載體上的陀螺儀進行積分運算，得到基於載體座標系的姿態資料，經過一系列PID控制，給出控制量，完成基於載體座標系上的穩定控制後，反應到地理座標系上的穩定控制，從而達到我們觀察到的定高、偏航、翻滾、傾仰等動作。

對於上述論述可以看出，導航姿態從理論上講只用陀螺儀是可以完成任務的。但是由於陀螺儀在積分過程中會產生誤差累計，外加上白噪聲、溫度偏差等會造成導航姿態的解算隨著時間的流逝而逐漸增加。所以就需要用加速度計在水平面對重力進行比對和補償，用來修正陀螺儀的垂直誤差。但是對於豎直軸上的旋轉，加速度計是無能為力的，此時用的是電子羅盤。他也可以測量出水平面內的地磁方向用來修正陀螺儀的水平誤差。通過這兩個器件的修正補償，使得陀螺儀更加穩定、可靠的工作。

9、  加速度計在地球上測量的是重力加速度，如果載體沿著z軸旋轉，加速度計是無法感知他的運動的，這就是無法用加速度計來修正z軸(yaw)的原因；類似的，電子羅盤測量的是地球上的磁場方向，如果載體沿著y軸旋轉，電子羅盤同樣也是無法感知他的運動的。綜上所述，加速度計和電子羅盤只能得到2維的角度關係，通過某種方式的融合，可以得到正確的三維姿態資訊。

10、   在這裡要弄清楚一個問題，前面第8條所說的關於地理座標系和載體座標系之間的互相轉化。這樣就有兩種轉換方向：一是把B系（載體）轉換到N系（地理）；二是把N系轉到B系。當我們在實際控制當中，我們關心的顯然是載體座標系相對於地理坐標系之間的變化，所以我們通常使用的旋轉矩陣是把N系轉到B系的矩陣（兩者的關係是轉置關係）。比如本次在利用加速度計計算姿態誤差時，可以利用上一次的四元數姿態在N系中的三個軸的垂直分量轉換到B系中垂直分量來算誤差：           

式中的右邊為N繫到B系的旋轉矩陣第三列的元素 （恰好是重力g在B系中的值）。

11、   在單位時間內的位移被定義為速度，速度有線速度和角速度之分，分別對應兩種感測器測量這兩種不同的速度：線速度感測器（加速度計）、角速度感測器（陀螺儀）。所以，陀螺儀是用來測量角速度的，用於座標系的旋轉，也就是導航姿態了。加速度計只能測量線速度，最典型的例子就是重力加速度，如果加上水平座標系上的加速度，形成合力F產生a。考慮一個導彈，他的飛行速度由加速度計來測量而飛行過程中的轉體姿態由陀螺儀來測量。

12、   當我們把加速度計拿在手上隨意轉動時，我們看的是重力加速度在三個軸上的分量值，無法直觀的觀察到三個軸上的加速度分別是多少。為了實現這樣一個目的(可以看到每個軸上的真實加速度)，我們需要一個旋轉矩陣，這個矩陣的作用就是把放置在載體座標系上的加速度計值轉換到參考座標系中，在參考座標系中，三個軸上的值始終都是（0，0，1）。所以當我們把加速度計以任意角度固定在空間中時，無論加速度計的三個軸的值是多少，當經過旋轉矩陣變換後，在參考座標戲中輸出的值始終都是（0，0，1）-->這表明在參考座標系中，物體在x和y軸上是沒有加速度的，只有在z軸上存在重力加速度。但是這裡又存在一個問題，既然z軸的輸出是1，就是說存在加速度，物體應該運動起來才對。但是這裡物體並沒有運動。為什麼輸出是1呢？這涉及到加速度計的設計問題：加速度計測量加速度是通過比力來測量，而不是通過加速度。通過想象一個盒子中的小球就就可以明白。加速度計只有在自由落體時，其輸出為0。

13、   便於記憶的一個例子就是如何從天府廣場到春熙路。對於一個人來講，要從天府廣場到春熙路，必須滿足兩個要求：

1、你必須有張成都地圖，並且知道春熙路的位置和天府廣場的位置。

2、你必須帶有方向導航系統，實時更新你目前的朝向。對應到飛行導航上面，春熙路的位置對應“地理”座標系，天府廣場的位置對應“載體”座標系。你的目的就是讓這個兩個座標系被正確轉化和標定。這部分工作交給加速度計和電子羅盤處理。至於你具體是走過去，騎自行車去，乘公交去還是做出租車過去，對應在飛行導航上面的話，利用的陀螺儀通過積分作用確定自己的動態姿態。

14、   單軸融合的最簡單的例子：