IMU由三部分組成：加速度計、磁力計、陀螺儀。
加速度計就是測量三個方向的加速度：
磁力計就是測量磁場北極的方位：
陀螺儀測量的就是繞三個方向旋轉速度：
一、加速度計
1.1 一維模型
加速度計的一維模型類似於彈簧質量模型，如下：
靜態下，達到平衡：
這個時候加速度計測量到的加速度爲重力加速度：
如果在運動的情況下：
則平衡方程變爲：
這個時候加速度計測量的加速度爲重力加速度和運動加速度之和：
按照這個分析，加速度計在自由落體時測量到的加速度爲零。
如果想要通過加速度計測量得到運動加速度，那麼應該將測量到的加速度減去重力加速度：
即：
加上硬件的測量誤差：
積分得到：
從而可以計算運動的位移：
但是通過這種方式測量位移，誤差會隨着時間急劇增加。
1.2 二維或三維加速度計
當加速度計的y軸與重力方向重合時，二維加速度計座標系如下：
那麼在x、y方向測量的加速度分別如下：
但是通常情況下，y軸與重力方向不重合，如下圖所示：
這個時候測量得到的x、y軸加速度分別如下：
需要知道方位角度θ，才能減去重力項，從而得到我們真正想要的運動加速度。
如果方位角度不準確，不僅不會消除重力，還會引入誤差。