第一篇文章先來介紹加速度計、陀螺儀、磁力計的相關原理和應用，在介紹傳感器之前，我們先來了解在慣性導航中常用的座標系。
1.常用的座標系
地球座標系 （e系）-OXeYeZe
指固聯在地球上的座標系，原點在地球的質心，它相對於慣性座標系以地球自轉角速度15.041088°/h旋轉。OZe軸平行於地球自轉周並指向北極，OXe軸在赤道平面內指向格林尼治子午線，OYe在赤道平面內指向東經90°方向, OZe軸與OYe和OXe構成右手系。
地理座標系（g系）-OXgYgZg
指原點位於載體所在的地球表面，其中一軸與地理垂線重合的右手直角座標系。地理座標系的原點O選取在載體重心處，對於地理座標系的座標軸有不同的取法，如東北天、北西天、北東地等。
對於東北天座標系的定義爲:原點O選取在載體重心處，ox指東，oy指北，oz沿垂線方向指天。
載體座標系（b系）-OXbYbZb
原點在載體的質心，OXb軸和OYb軸在當地水平面內，OXb軸指向載體的右側，OYb軸沿載體縱軸方向並指向前，OZb垂直於載體豎直向上。OXbYbZb座標系構成右手直角座標系
載體座標系相對於地理座標系所確定的狀態可以用姿態角來表示。
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導航座標系
根據需要選取的基準座標系，也是慣導系統在求解參數中所用的座標系。
捷聯式慣性導航的基本原理：
將傳感器直接捆綁在載體上，通過計算機實時計算載體的姿態矩陣，通過載體矩陣將載體座標系軸向的三軸加速度值轉換成導航座標系軸向的三軸加速度值，再進行計算。
如果想要獲取載體的姿態和航向數據（根據陀螺儀和地磁計），根據姿態矩陣中的元素求出。
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右手座標系
右手座標系：
右手背對着屏幕放置，拇指即指向X軸的正方向。伸出食指和中指，如右圖所示，食指指向Y軸的正方向，中指所指示的方向即是Z軸的正方向。
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右手法則：
以右手握住Z軸,讓右手的四指從X軸的正向以90度的直角轉向Y軸的正向,這時大拇指所指的方向就是Z軸的正向.這樣的三個座標軸構成的座標系稱爲右手空間直角座標系.
接下來，第一篇文章先來介紹加速度計、陀螺儀、磁力計的相關原理和應用
2.加速計
組成
加速度計由三個軸構成，X軸沿載體橫軸方向向左，Y軸爲載體縱軸，方向向前，Z垂直於水平面，方向向上。
加速度計分爲數字加速度計和模擬加速度計
數字加速度計可通過I2C，SPI或USART方式獲取信息，而模擬加速度計的輸出是一個在預定範圍內的電壓值，你需要用ADC（模擬量轉數字量）模塊將其轉換爲數字值。
加速度計測量的單位：m/s^2
表現形式爲：軸向加速度的大小和方向
加速度計原理：
利用慣性力，F=ma
（注：開發板中加速度計座標系，不滿足右手直角座標系，不是載體座標系）
加速度計原理圖如下：矢量R是加速度計所檢測的矢量
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其中使用模擬加速度計通過ADC讀出三個軸的分量值，計算得到Rx、Ry、Rz
Rx = (AdcRx * Vref / 1023 – VzeroG) / Sensitivity
Ry = (AdcRy * Vref / 1023 – VzeroG) / Sensitivity
Rz = (AdcRz * Vref / 1023 – VzeroG) / Sensitivity
常用加速度傳感器
- 如MMA、LSM、MPU、BMA等系列，如：MMA7460、MMA8452、MPU6050（A+G）、MPU6800(A+G)、LSM6DSL(A+G)、IMC20603(A+G)、MPU9150（A+G+M）
- 使用場景
- 加速度計通過一定的算法，就可以做成我們常用的功能，如：計步器、拍照防抖、GPS補償、跌落保護、圖像旋轉、遊戲控制器等。
3.陀螺儀
組成
陀螺儀主要用來測量載體各軸向的轉動角速度，通過測量自身的旋轉狀態，判斷設備當前運動狀態，是向前、後、左、右、上、下，是加速（角速度）還是減速。
陀螺儀由三個軸構成，X軸沿載體橫軸方向向左，Y軸爲載體縱軸，方向向前，Z垂直於水平面，方向向上，和加速度計一致。
單位：rad/s
原理
原理圖如下：
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我們先假設在t0時刻，我們已測得繞Y軸旋轉的角度（也就是Axz），定義爲Axz0，之後在t1時刻我們再次測量這個角度，得到Axz1。角度變化率按下面方法計算：
通過陀螺儀的輸出值中ADC讀出AdcGyroXZ和AdcGyroYZ計算得到角速度（deg/s）。
RateAxz = (Axz1 – Axz0) / (t1 – t0).
RateAxz = (AdcGyroXZ * Vref / 1023 – VzeroRate) / Sensitivity
RateAyz = (AdcGyroYZ * Vref / 1023 – VzeroRate) / Sensitivity
如果結果爲負號表示該設備朝着反方向旋轉。陀螺儀說明書會告訴你哪個方向是正的
常用陀螺儀傳感器
- 目前市面上較多的都是二合一模塊（加速度+陀螺儀），如：MPU6050（A+G）、MPU6800(A+G)、LSM6DSL(A+G)、IMC20603(A+G)、MPU9150（A+G+M）。
- 使用場景
- 航海、航空、遊戲、拍照防抖、控制等。
4.磁強計
地磁場和航向角
方向：從磁南極指向磁北極
磁北極和地理北極不是同一位置，相差11度的夾角。
航向角：當前方向與磁北的夾角
由於羅盤保持水平，只需要用磁力計水平方向兩軸（通常爲X軸和Y軸）的檢測數據就可以計算出航向角。
組成
磁強計由三個軸構成，X軸爲載體橫軸，方向向右，Y軸爲載體縱軸，方向向前，Z垂直於水平面，方向向上。（注：開發板中磁強計座標系爲載體座標系）
用途：
測量磁場強度和方向，定位設備的方位。
單位：高斯Gauss
原理：
使用各向異性磁致電阻材料檢測空間中磁感應強度的大小，這種合金材料對外界的磁場很敏感，會導致自身電阻值的變換。
融合算法是通過這9軸的數據來計算出物體正確的姿態。目前9軸融合算法包括卡爾曼濾波、粒子濾波、互補濾波算法，對於開發者而言，所有的融合算法本基本都是丟入9軸傳感器的數據和時間戳，然後獲取到融合算法輸出的四元素，應用所需的就是這組四元素