惯性导航是指无人机利用惯性导航系统（INS）来测定和维持其方向、位置和速度。
以下是对无人机之惯性导航的详细概述：
一、定义与原理
惯性导航系统（INS）是一种利用物体的惯性原理进行导航定位的技术。它通过测量载体的加速度和角速度，计算出载体的位置、速度和姿态，从而实现精准的导航定位。在无人机上，惯导系统通过惯性测量单元（IMU）来感知无人机所处的位置、姿态、加速度等重要信息，确保无人机在空中实现精准、稳定的飞行。
二、核心组成部分
无人机的惯导系统核心组成部分包括：
1. 加速度计
用于测量无人机在三维空间中的加速度。加速度计是一种用于测量物体加速度的装置，其工作原理基于牛顿第二定律，即力（F）等于质量（M）乘以加速度（a），通过测量物体所受的“惯性力”来推算加速度。在惯性导航系统中，加速度计是获取无人机线加速度的关键元件。
加速度计在惯性参照系中工作，能够测量系统相对于其运动方向的加速度。然而，由于加速度计与系统固定并随系统转动，它无法直接感知自身的绝对方向。这就像一个蒙上眼睛的乘客在汽车中，只能根据身体感受到的力来判断汽车的加速情况，但无法确定汽车相对于地面的具体方向。
加速度计可以根据不同的标准进行分类：
按输入与输出关系
普通型加速度计直接输出测量的加速度值。
积分型加速度计则对加速度进行时间积分，输出速度变化量。
二次积分型加速度计进一步对速度变化量进行积分，输出位移变化量。
按物理原理
摆式加速度计，如摆式积分加速度计、液浮摆式加速度计和挠性摆式加速度计，利用摆的运动原理来测量加速度。
非摆式加速度计，如振梁加速度计和静电加速度计，则采用其他物理原理进行测量。
按测量自由度
单轴加速度计仅测量一个方向的加速度。
双轴加速度计能够同时测量两个方向的加速度。
三轴加速度计则能够测量三个方向的加速度，提供全面的加速度信息。
按测量精度
高精度加速度计，测量精度优于10^-4 m/s²。
中精度加速度计，测量精度在10-3 m/s²之间。
低精度加速度计，测量精度低于0.1 m/s²。
2. 陀螺仪
用于测量无人机绕三个轴的旋转速率。这一传统上基于高速旋转物体稳定性的装置，如今已发展成为多种技术融合的精密传感器。其核心特性包括稳定性和进动性，这些特性使得陀螺仪能够敏感地测量角速度和角偏差，进而被广泛应用于导航、定位及姿态控制等领域。随着光学、MEMS等先进技术的融入，现代陀螺仪的种类日益丰富，不仅限于传统的机械结构，还涵盖了诸如半球谐振陀螺、微机械陀螺、环形激光陀螺和光纤陀螺等多种新型设计。这些陀螺仪根据陀螺转子主轴的进动自由度数目、支承系统以及物理原理的不同而有所区分，满足了不同应用场景的需求。
在精度方面，陀螺仪被划分为超高精度、中高精度和低精度三大类别。超高精度陀螺仪，如液浮陀螺和静电陀螺，其精度范围可达10^-6 o/h至5×10^-4 o/h，是精密导航和测量的首选。特别是静电陀螺仪，更是以其卓越的精度成为当前技术的巅峰。中高精度陀螺仪，则以光学陀螺仪为代表，包括激光陀螺和光纤陀螺，它们在5×10^-4 o/h至10^-1 o/h的精度范围内表现出色。近年来，光纤陀螺因其精度、性能和尺寸上的优势，备受军方青睐。至于低精度陀螺仪，虽然其精度超过10^-1 o/h，但MEMS陀螺仪凭借低廉的价格和广泛的应用潜力，依然在市场上占据一席之地，特别是在对成本敏感的消费电子和物联网领域。
3.磁力计
用于提供方向信息，帮助校正由其他传感器提供的数据。磁力计，也常被称为电子罗盘，是IMU（惯性测量单元）中不可或缺的传感器之一。在加速度传感器处于完全水平状态时，它无法有效分辨水平面内的旋转角度，尤其是绕Z轴的旋转，此时陀螺仪便发挥了其独特作用。然而，尽管陀螺仪动态响应迅速，但由于其工作原理基于积分，因此在静态状态下会产生累积误差，导致角度测量持续偏移。为了弥补这一不足，并准确确定水平位置的朝向，地磁场传感器应运而生。通过加速度传感器、陀螺仪和地磁场传感器这三者的相互校正与融合，我们能够在大范围内获得更为精确和稳定的姿态参数。
4.气压计
气压传感器是一种用于检测大气压强的仪器，在实际应用中常被用作高度计。在惯导系统中，为了提升Z轴的动态响应和测量精度，有时会引入气压传感器作为辅助，通过其提供的高度信息来增强系统的整体性能。
三、惯性导航分类
捷联式惯导系统
是一种将惯性测量装置（包括加速度计和陀螺仪）直接安装于飞行器、舰艇、导弹等载体上的技术。它基于数学平台运作，与载体紧密相连，从而实现了易于安装、维修和更换的优势，并且体积小巧。然而，这种直接连接的方式也带来了一个缺陷，即惯性测量装置的工作环境会因载体的运动而恶化，进而导致测量精度有所下降。
平台式惯性导航系统
是一种将陀螺仪和加速度计等惯性元件通过万向支架角运动隔离系统与运动载体固联的系统。该系统将惯性测量装置（包括加速度计和陀螺仪）安装在机电导航平台上，并以平台坐标系为基准来测量载体的运动参数。由于框架伺服系统有效隔离了载体的角运动，平台式惯导系统能够实现较高的精度。然而，这种系统的发展水平较高，相应地也带来了较高的造价和维修费用。此外，框架伺服控制的机电平台在一定程度上影响了系统的可靠性，这是其一个主要的缺陷。
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