慣性測量單元，英文簡稱為IMU，其全稱為Inertial measurement unit 。它被明確定義為“無需借助外部參考，即可測量三維線運動及角運動的裝置”，簡單來說，就是用于測量物體三軸姿態角（或者角速率）以及加速度的裝置。
慣性測量單元IMU的構成部分
IMU主要由三個單軸的加速度計以及三個單軸的陀螺儀組成。加速度計的作用是檢測物體在載體坐標系統獨立三軸上的加速度信號，而陀螺儀則負責檢測載體相對于導航坐標系的角速度信號，通過它們來測量物體在三維空間中的角速度和加速度，并據此解算出物體的姿態。所以，IMU在導航領域具有極為重要的應用價值。
不妨想象一個笛卡爾坐標系，它具有x軸、y軸和z軸，如圖所示。傳感器能夠測量各軸方向的線性運動，以及圍繞各軸的旋轉運動。這便是所有IMU的基本出發點，所有的慣性導航系統都是基于此構建而成。
加速度計
加速度計是通過a=F/M這個原理來測量加速度的，也就是測量物體的“慣性力”。在慣性參照系中，加速度計用于測量系統的線加速度，不過它只能測量相對于系統運動方向的加速度（因為加速度計與系統固定并隨系統轉動，無法知曉自身方向）。雖然可以通過對加速度進行解算來求得角速度，但由于精度有限，其使用價值并不高。然而，加速度計能夠輔助陀螺儀進行角度解算。
陀螺儀
陀螺在慣性參照系中用于測量系統的角速率。以慣性參照系中系統的初始方位作為初始條件，對角速率進行積分，就能隨時得到系統的當前方向。我們現在智能手機上所采用的陀螺儀是運用了MEMS微機電技術的MEMS陀螺儀，它需要參考其他傳感器的數據才能實現功能。但其具有體積小、功耗低、易于數字化和智能化的特點，特別是成本較低，非常適合手機、汽車牽引控制系統、醫療器材等需要大規模生產的設備。
地磁場傳感器
磁力計也就是地磁場傳感器，它有個通俗易懂的名字叫電子羅盤。當加速度傳感器處于完全水平狀態時，可以想象，重力傳感器無法分辨在水平面旋轉的角度，即繞Z軸的旋轉無法顯示出來，此時唯有陀螺儀能夠檢測。
陀螺儀雖然在動態時響應十分快速，但其工作原理是基于積分，所以在靜態時會存在累計誤差，表現為角度會持續增加或者一直減少。于是，我們就需要一個在水平位置能夠確認朝向的傳感器，這便是如今IMU必備的第三個傳感器——地磁場傳感器。通過這3個傳感器的相互校正，在理論上我們終于能夠得到較為準確的姿態參數。
氣壓傳感器
氣壓傳感器是用于檢測大氣壓強的儀器，在實際應用中，氣壓傳感器可當作高度計使用。在慣導系統里，有時會通過增加氣壓計來增強Z軸的動態性能與精度。
IMU的工作原理
IMU的原理類似于在黑暗中走小碎步。在黑暗環境中，由于自己對步長的估計與實際走的距離存在誤差，隨著走的步數越來越多，自己估計的位置與實際位置的差距會越來越大。比如走第一步時，估計位置與實際位置還比較接近；但隨著步數不斷增加，兩者的差別就會越來越明顯。將此方法推廣到三維空間，就是慣性測量單元的原理。
從學術角度表述為：以牛頓力學定律為基礎，通過測量載體在慣性參考系的加速度，對其進行時間積分，并將其變換到導航坐標系中，便能夠獲取在導航坐標系中的速度、偏航角和位置等信息。
所以，通俗來講，慣性測量裝置IMU屬于捷聯式慣導，該系統由三個加速度傳感器與三個角速度傳感器（陀螺）組成，加速度計用于感受相對于地垂線的加速度分量，速度傳感器用于感受角度信息。
需要特別注意的是，IMU提供的是一個相對的定位信息，它的作用是測量相對于起點物體所運動的路線，所以它并不能提供你所在的具體位置信息。因此，它常常與GPS一同使用，當處于某些GPS信號微弱的地方時，IMU就能發揮它的作用，使汽車能夠繼續獲得絕對位置的信息，不至于迷失方向。
IMU的分類
目前市面上存在的IMU主要以6軸與9軸為主。6軸IMU包含一個三軸加速度傳感器和一個三軸陀螺儀；9軸IMU則在此基礎上多了一個三軸的磁力計。另外，對于采用MEMS技術的IMU，一般還內置有溫度計進行實時的溫度校準。
汽車中的IMU
IMU的應用領域
IMU大多應用于需要進行運動控制的設備，例如汽車和機器人等，也被用于需要依據姿態進行精密位移推算的場合，像潛艇、飛機、導彈和航天器的慣性導航設備等。
與其他導航系統相比，慣導系統具有諸多重要特性，如信息全面、完全自主、高度隱蔽、信息實時與連續，并且不受時間、地域的限制以及人為因素干擾等。它能夠在空中、水中、地下等各種環境中正常工作。
例如，IMU的上述優勢在自動駕駛系統中體現得尤為顯著。在自動駕駛系統里，IMU可作為其他傳感器數據缺失時的有效補充。通過計算車輛的姿態（俯仰角和滾動角）、航向、速度和位置變化，IMU可用于填補GNSS信號更新之間的空白，甚至在GNSS和系統中的其他傳感器失效時，進行航位推算。所以，作為一個獨立的數據源，IMU可用于短期導航，并驗證來自其他傳感器的信息。
有人認為，自動駕駛系統在定位領域的最后一道防線是IMU，主要原因有以下三個方面：
首先，IMU對相對和絕對位置的推演不依賴任何外部因素，是一個類似于黑匣子的完備系統。相比之下，基于GPS的絕對定位依賴于衛星信號的覆蓋效果，基于高精地圖的絕對定位依賴于感知的質量和算法的性能，而感知的質量又與天氣有關，都存在一定的不確定性。
其次，同樣因為IMU不需要任何外部信號，它可以被安裝在汽車底盤等不外露的區域，能夠抵御外來的電子或機械攻擊。相比而言，視覺、激光和毫米波在提供相對或絕對定位時必須接收來自汽車外部的電磁波或光波信號，這樣很容易被來自攻擊者的電磁波或強光信號干擾而致盲，也容易因石子、刮蹭等意外情況損壞。
最后，IMU對角速度和加速度的測量值本身具有一定的冗余性，再加上輪速計和方向盤轉角等冗余信息，使其輸出結果的置信度遠高于其他傳感器提供的絕對或相對定位結果。
綜上所述，在自動駕駛復雜多樣、難以窮盡的工況中，IMU憑借其超高的置信度、完全無需外部依賴的特性，以及強大的抗干擾能力，宛如一顆定海神針，為自動駕駛的定位系統提供著最后一道安全保障。
