1.1 组合导航
从上章介绍飞行器需要获得自己的十五个状态信息，需要通过传感器测量并推算。单独的惯性测量元件由于误差累积，导致随时间增长发发散。因此需要通过额外的传感器信息来进行互补修正。组合导航技术结合GNSS、惯性测量元件、磁力计、气压计和超声波等传感设备，利用各自的有点互补，采用数字信号处理技术融合多传感器的测量值，从而获得较为准确的飞行器的十五个状态空间量，通过一定的算法和规律尽可能的估计出与真实状态量接近的量。 惯性测量元件容易发散，从而这个发散可以通过GNSS全球卫星定位系统来获取修正和抑制，然而GNSS只有在室外无遮挡的环境下才能得到较好的信号强度和定位信息，当信号质量较差或者位于室内导致无法定位的时候，系统则需要由惯性元件来短时间抑制和修正。GNSS的高度信息通常误差较大，这时候可以通过超声波传感器和气压传感器进行一定程度的修正。
组合导航技术中传感器互补的思想原理是由克劳德-香农在1948年的信息论中提出。信息论的线性估计理论让数字处理工程师在系统设计时能够把多个具有误差的传感器通过数学方程组合矩阵运算融合起来，利用传感器信息估计特定的状态量，并且理论上提出了更多的传感器状态信息参与互补运算，就能够得到更好的状态估计（更接近真值，并且方差更小）。 1.2 飞行器的坐标系 三维笛卡尔支教坐标系
? 三维笛卡尔直角坐标系是指三条相互垂直的坐标轴（正交）相交形成的坐标系，其中相交的点称为原点O（origin）。 ? 每个轴都指向特定的方向，两个不同的坐标轴决定一个平面，也叫笛卡尔平面。 ? 通常3个轴采用右手系标定，即右手的拇指方向指向X轴的正方向，食指则指向Y轴方向，中指指向的是Z轴方向。 ? 此外对于围绕每个轴的正旋转方向，则是用右手大拇指对应每个轴的正方向，则其他四指自然弯曲的方向为围绕该轴旋转的正方向。 本文所介绍的软件和算法均采用右手定则
刚体
刚体（Rigid Body）的意思是指物体在任何外力的作用下，它的体积和形状都不会发生改变。这是力学范畴的一个理想抽象模型概念，实际情况任何物体在受外力作用的时候都会或多或少的发生形变，并不存在真正意义上的刚体。但如果形变本身相对于物体的运动微乎其微，可以忽略，或者并不影响我们分析物体的运动结果，则可以在特定的情况下有条件的忽略这种形变，即将物体假设成刚体。
其中质心运动的分析范畴属于牛顿第二定律定义的质点运动与受力之间的关系，即主要研究飞行器质心的位置和速度信息。而转动的建模方程则属于欧拉方程所分析的模型运动关系，即主要研究飞行器的姿态信息。
要研究以上两种运动的模型和信息，需要定义两个三维笛卡尔直角坐标系： 大地坐标系 -（或惯性坐标系，用e或者G表示）用于研究飞行器相对大地的运动状态以及空间位置坐标。通常飞控都是把地面起飞点选取为该坐标系的坐标原点，即初始化x,y,z坐标为0。通常大地坐标系的X-Y-Z方向选取为大地的北-东-地。
机体坐标系 - (用b或B表示)坐标原点取机体的重心，用于研究飞行器相对于重心的旋转运动。通常机体坐标系的X-Y-Z方向选取为机身的前-右-下。机体坐标系是固定在机体上随着机体的运动而运动。
1.3 方向余弦矩阵和欧拉角
俯仰角
横滚角
偏航角
1.3.2 姿态与欧拉角
在定义欧拉角的时候，相同的姿态不同的取法会得到不同的欧拉角。本书采用的取法顺序为Z-Y-X，即绕三个轴的旋转顺序是先绕Z轴，再绕Y轴，再绕X轴，最终达到一定的姿态。
而对于同样的姿态，如果绕轴的顺序不同，则得到的三个欧拉角也不相同。因此按Z-Y-X的定义进一步来说，本书所定义的欧拉角
姿态解算（attitude algorithm）也叫姿态分析或者姿态估计，即指飞控系统或者惯导系统根据惯性测量单元（IMU）陀螺仪，加速度计，磁力计等传感器的实时信息求解飞行器的欧拉角的算法过程，因此也叫IMU数据融合（IMU Data fusing）。
显然此次旋转新的坐标系与老坐标系之间的关系（投影）
无人机(PX4)状态估计
