慣性測(cè)量單元（IMU）是一種將運(yùn)動(dòng)傳感器集成于緊湊封裝中的設(shè)備，用于向飛行器或其他機(jī)載系統(tǒng)發(fā)送運(yùn)動(dòng)讀數(shù)。該裝置廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、航天器、導(dǎo)彈、無(wú)人載具及其他需監(jiān)控運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備中。IMU可在不接收全球定位系統(tǒng)（GPS）衛(wèi)星信號(hào)的情況下獨(dú)立運(yùn)行，但無(wú)法單獨(dú)確定載體的地理位置。

典型IMU包含三個(gè)加速度計(jì)和三個(gè)陀螺儀，共同測(cè)量沿三個(gè)垂直軸的運(yùn)動(dòng)以及繞這些軸的旋轉(zhuǎn)。加速度計(jì)用于測(cè)量比力，涵蓋載體加速度及抵消重力的支撐力；當(dāng)載體靜止時(shí)，加速度計(jì)也會(huì)記錄對(duì)抗重力的支撐力。陀螺儀則測(cè)量角速率，即載體旋轉(zhuǎn)的快慢。三軸設(shè)計(jì)使IMU能夠捕捉不同方向的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，例如飛機(jī)的俯仰與偏航動(dòng)作。

在傳感元件工作原理方面，常見(jiàn)微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）設(shè)計(jì)的加速度計(jì)內(nèi)部含有微小質(zhì)量塊，其相對(duì)于傳感器外殼的移動(dòng)會(huì)被電子元件檢測(cè)并轉(zhuǎn)換為測(cè)量值。MEMS陀螺儀通常利用振動(dòng)結(jié)構(gòu)響應(yīng)設(shè)備旋轉(zhuǎn)，部分設(shè)計(jì)則采用光學(xué)方案。例如光纖陀螺儀將光束沿相反方向射入光纖線圈，旋轉(zhuǎn)會(huì)在兩束光之間產(chǎn)生可測(cè)量的差異，從而計(jì)算角速率。不同尺寸的IMU會(huì)根據(jù)體積、成本、功耗與精度需求選用不同的傳感器架構(gòu)。

IMU向飛行計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航處理器或控制系統(tǒng)發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)，接收端據(jù)此估算載體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與空間姿態(tài)。當(dāng)外界擾動(dòng)發(fā)生時(shí)，飛控系統(tǒng)結(jié)合陀螺儀讀數(shù)與其他傳感器信息識(shí)別姿態(tài)變化，進(jìn)而調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)以抵消非預(yù)期運(yùn)動(dòng)。處理器需融合陀螺儀的時(shí)間累積姿態(tài)變化數(shù)據(jù)與加速度計(jì)的重力參考數(shù)據(jù)來(lái)估算完整姿態(tài)。由于加速度計(jì)同時(shí)響應(yīng)重力與載體運(yùn)動(dòng)效應(yīng)，其讀數(shù)不能簡(jiǎn)單等同于“向下”方向指示。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景，系統(tǒng)還可能引入磁力計(jì)、空速傳感器、攝像頭等數(shù)據(jù)以提升估算精度。

IMU與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）功能不同。IMU僅提供原始傳感器測(cè)量值，而INS負(fù)責(zé)處理這些數(shù)據(jù)以估算載體的姿態(tài)、速度與位置。INS基于初始狀態(tài)信息，利用陀螺儀讀數(shù)追蹤姿態(tài)變化，并通過(guò)加速度計(jì)讀數(shù)計(jì)算速度與位置增量。該過(guò)程在載體移動(dòng)期間持續(xù)進(jìn)行，使其能夠在缺乏外部位置信號(hào)時(shí)維持導(dǎo)航估計(jì)。此特性在GPS不可用、受干擾或被欺騙時(shí)極具價(jià)值，但I(xiàn)NS的精度并非恒定。傳感器測(cè)量中的微小誤差會(huì)隨時(shí)間累積，姿態(tài)誤差也會(huì)影響加速度解讀，進(jìn)而放大速度與位置估計(jì)偏差。導(dǎo)航系統(tǒng)通常依賴GPS更新等可靠外部數(shù)據(jù)進(jìn)行漂移校正；若無(wú)外部更新，慣性傳感器的品質(zhì)與信號(hào)中斷時(shí)長(zhǎng)將直接決定估計(jì)位置與實(shí)際位置的偏離程度。

航空航天工程師選擇IMU主要依據(jù)載體的測(cè)量需求與精度要求。傳感器誤差、振動(dòng)環(huán)境、溫度變化、功耗、尺寸與重量等因素均會(huì)影響選型決策。盡管小型無(wú)人機(jī)與航天器可能都搭載IMU，但其所需傳感器類(lèi)型與配套處理設(shè)備并不相同，基礎(chǔ)測(cè)量加速與旋轉(zhuǎn)的功能保持一致，Zui終均由連接系統(tǒng)利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航、穩(wěn)定或控制。