惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、显示器等组成。惯性测量装置由两大核心惯性元器件组成：加速度计和陀螺仪。三个自由度的陀螺用来测量飞行器的角加速度，三个加速度计用来测量飞行器的加速度，计算机通过测得的角加速度和加速度数据计算出飞行器的速度和位置数据。性能先进的惯性器件是先进惯性导航系统的前提。
参考中国报告网发布《2017-2022年中国电子元器件行业市场需求调研及投资方法研究报告》
陀螺仪
传统意义上的陀螺仪是安装在框架中绕回转体的对称轴高速旋转的物体。陀螺仪具有稳定性和进动性，利用这些特性制成了敏感角速度的速率陀螺和敏感角偏差的位置陀螺。由于光学、MEMS 等技术被引入于陀螺仪的研制，现在习惯上把能够完成陀螺功能的装置统称为陀螺。
陀螺仪种类多样，按陀螺转子主轴所具有的进动自由度数目可分为二自由度陀螺仪和单自由度陀螺仪；按支承系统可分为滚珠轴承支承陀螺，液浮、气浮与磁浮陀螺，挠性陀螺（动力调谐式挠性陀螺仪），静电陀螺；按物理原理分为利用高速旋转体物理特性工作的转子式陀螺，和利用其他物理原理工作的半球谐振陀螺、微机械陀螺、环形激光陀螺和光纤陀螺等。
根据其精度范围大致分为超高精度陀螺仪、中高精度陀螺仪和低精度陀螺仪。超高精度陀螺仪指精度范围在10-6 o/h~5*10-4 o/h范围内的陀螺仪，主要包括液浮陀螺、静电陀螺等，目前最高精度的陀螺仪是静电陀螺仪。中高精度陀螺仪指精度在5*10-4 o/h~10-1 o/h的陀螺仪，目前最有发展前景的陀螺仪是光学陀螺仪，激光陀螺属于第一代光学陀螺，光纤陀螺属于第二代光学陀螺，最近几年，由于光纤陀螺在精度、性能和尺寸上具有更大的潜力，越来越受到各国军方的青睐。低精度陀螺仪是指精度范围超过 10-1 o/h 的陀螺仪，目前发展前景较好的是MEMS陀螺仪，虽然精度低，但低廉的价格使其具有广阔的应用前景。
机电陀螺
机电陀螺是传统的第一、二代陀螺仪，主要包括第一代液浮、气浮、磁悬浮陀螺，以及挠性、静电等第二代陀螺。机电陀螺的共同点在于转子都是安装在框架中绕回转体的对称轴高速旋转，属于刚体转子陀螺仪，不同点在于支撑系统不一样。第一代液浮、气浮、磁悬浮陀螺精度虽高，但结构复杂，制造困难、成本很高。随着惯性导航系统的推广，尤其是在飞机上的广泛应用，寻求一种中高精度、但结构简单、成本较低的陀螺成为当时迫切需要解决的问题。
挠性陀螺
60年代初，出现了一种新颖支撑原理的挠性陀螺解决了第一代陀螺仪的问题。挠性陀螺的转子利用挠性接头支撑，去除了支承轴上的摩擦干扰力矩，具有体积小、重量轻、可靠性高、成本低、能够消除支承摩擦的优点，目前应用范围广泛，从平台式到捷联式，从飞机、导弹到舰船、航天飞行器均有所应用。
静电陀螺
静电陀螺是应用电场原理，在超真空的腔体内由静电场产生的吸力来支承球形转子的一种自由转子陀螺，和挠性陀螺同属第二代陀螺仪。静电陀螺技术是当今世界上最高精度的惯性技术，目前世界上只有美国、俄罗斯、法国和中国掌握并成功地应用了这一技术。静电陀螺惯性系统价格昂贵、结构体积较为庞大，一般应用在弹道导弹核潜艇或航空母舰上。
以挠性、静电为代表的第二代陀螺目前已基本取代了第一代液浮、气浮、磁悬浮陀螺。
光学陀螺
光学仪器被用来测量地球的转动始于1913年法国物理学家Sagnac提出的Sagnac 效应，真正实用的激光陀螺在1963年研制成功。此后，基于Sagnac效应的光学陀螺迅速发展，激光陀螺和光纤陀螺是目前军事应用领域使用最广泛的陀螺，以其为主要惯性器件的捷联惯性导航系统更是逐步取代成本高昂的基于机电陀螺的平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统。
激光陀螺
环形激光陀螺（RLG）利用光程差的原理来测量角速度。两束光波沿着同一个圆周路径反向而行，当光源与圆周均发生旋转时，两束光的行进路程不同，产生了相位差，通过测量该相位差可以测出激光陀螺的角速度。近几十年来，激光陀螺已经发展十分成熟，新型激光陀螺研究的主要成果是在激光陀螺的小型化、工程化和新型化等方面取得的进展。
20 世界 80 年代以环形激光陀螺仪为主的捷联惯性导航系统在国际上如美国、俄罗斯、法国等处于大面积应用推广阶段，也正在取代挠性陀螺，是继液浮陀螺、挠性陀螺之后的第三代惯性仪器。由环形激光陀螺仪组成的激光捷联惯性导航系统主要应用于各类型导弹、飞机、卫星、火箭、鱼雷、主战坦克、自行火炮、侦察车、导弹发射车、军用机器人等领域作为姿态基准或定位定向设备。
到了90年代，在美国和欧洲等发达国家地区，激光惯性陀螺和激光惯性导航系统已经广泛应用于军用飞机（F-15/16、F-117、F-20、C-17）、运载火箭（日本 H-II、法国阿里安4/5、美国宇宙神I、II、IIA、IIAS、大力神4等）、战术导弹（T-22）、巡航导弹（AGM-86/109）、宇宙飞船（“礼炮”7号等）、空间探测器（“火星”号等）、舰船（DDG64）、潜艇等领域。
光纤陀螺（Fiber Optical Gyro，FOG）使用与环形激光陀螺相同的基本原理，但其使用光纤作为激光回路，可看作是第二代激光陀螺。由于光纤可以进行绕制，因此光纤陀螺中激光回路的长度比环形激光陀螺大大增加，使得检测灵敏度和分辨率也提高了几个数量级，从而有效地克服了环形激光陀螺的闭锁问题。目前光纤陀螺的精度已可达到0.0002/h，同时从上世纪90年代起，0.1/h的中精度干涉型光纤陀螺已投入批量生产。德、日等国也研制成功偏臵稳定性优于0.01 /h的惯性级IFOG，俄罗斯、英国、中国、韩国、新加坡、意大利、瑞士等国也有相关报道。2003年9月，Honeywell的高性能惯性参考系统所采用的光纤陀螺据称是当时能够产品化、性能最好的光纤陀螺，零偏稳定性<0.0003/h。当前 Northrop Grumman公司生产的最高精度光纤陀螺是仪表级光纤陀螺FOG 2500，它适用于超高精度或低噪声环境。
光纤陀螺的主要优点在于高可靠性、长寿命、快速启动、耐冲击和振动、对重力不敏感、大动态范围等，这些优点是传统机电陀螺所无法比拟的。在高精度应用领域，光纤陀螺正在逐步取代静电陀螺。
光纤陀螺技术领域，美国在理论、测量技术和光纤元器件开发上均处于领先地位。
日本的JEA、MitsubishiPrecision、Hitachi Cable、Sumitomo、Matsushita 等公司也能批量生产多种级别的光纤陀螺，在干涉型光纤陀螺的实用化，特别是中、低精度等级光纤陀螺的实用化方面走在世界前列，主要用于汽车工业。西欧国家也相当重视光纤陀螺在军事上的应用，法国汤姆逊－CSF 公司、英国航空航天公司（BAE）、德国的 SEL 公司等都已开发光纤陀螺产品，并应用于战术导航系统和舰船导航领域。
加速度计是惯性导航系统的另一核心元件。加速度计是用来感测运动载体沿一定方向的比力的惯性器件，可以测量出加速度和重力，从而计算载体的速度和位置。加速度计的分类：按照输入与输出的关系可分为普通型、积分性和二次积分型；按物理原理可分为摆式和非摆式，摆式加速度计包括摆式积分加速度计、液浮摆式加速度计和挠性摆式加速度计，非摆式加速度计包括振梁加速度计和静电加速度计；按测量的自由度可分为单轴、双轴、三轴；按测量精度可分为高精度（优于10-4m/s2）、中精度（10-2 m/s2–10-3 m/s2）和低精度（低于0.1m/s2）三类。
MEMS惯性器件
在现代以及可预见未来的高科技战场上，高技术对抗的复杂战场环境迫切需要微型飞行器、微型机器人等微小型侦察设备以及大量战术武器，这种需求促使惯性导航系统向低成本、微型化、低功耗的方向发展。基于MEMS技术的惯性测量器件的出现使得惯性导航系统的微型化成为可能。
微机械电子系统（MEMS）是20世纪末兴起的前沿工程学科，它是随着半导体集成电路微细加工技术的迅速发展而崛起的一门多学科交叉的军民两用的高新技术。作为微电子技术的延伸和发展，MEMS使得器件同时具有信号感知、处理和外部输出功能。MEMS传感器是以硅或石英为主要材料，采用微电子加工技术制造的芯片级传感器。其中，石英加工的惯性器件稳定性好，但加工工艺难度大、成本较高；硅相对易于加工，采用腐蚀、光刻等集成电路制造工艺，器件成本低。随着制造工艺的发展成熟，硅微惯性器件的性能得到大幅提高，以硅为主要材料
制造的MEMS惯性器件应用范围不断扩大，同时MEMS加速度计和陀螺正在向高精度、高集成度的方向发展。
微机械惯性测量单元（MEMS-IMU）利用MEMS陀螺和MEMS加速度计进行惯性参数测量，与机械转子陀螺惯性测量单元和光电陀螺惯性测量单元相比，具有体积小、成本低、质量轻的特点。MEMS加速度计是市场化应用最为成功的MEMS 传感器，它在精度方面已能满足战略导弹的应用要求。MEMS陀螺的精度性能离高端需求尚有差距，但也已接近或达到战术级导航的水平。
MEMS惯性传感器的研发和生产主要集中在美国，其研究水平处于世界领先地位。全球来看，美国的Draper实验室(CSDL)、加州大学伯克利分校传感器与执行器研究中心(BSAC)、加州理工学院喷气推进实验室(JPL)、利顿公司(Littion)、Analog Devices公司、霍尼韦尔(Honeywell)公司、德国微机械及信息技术研究所(IMIT)、 LITEF公司、法国SAGEM公司，俄罗斯 Vector公司，韩国三星公司以及日本一些大学和公司等在MEMS惯性传感器领域都有显著成果。许多惯性器件研究机构及公司推出了较高精度的工业化产品。例如，STIM202是挪威SENSONOR公司 2010年量产的一款高精度三轴MEMS陀螺仪，是业界已知精度最高的多轴MEMS 陀螺之一，传感器经过校准并在全温度范围内进行了温度补偿，它的零偏稳定性仅为0.5°/h，质量仅有55g。Litton公司的典型代表产品 Litton SiACTM硅加速度计，量程超过 100g，零偏优于 20ⅹ10-6g，主要应用于导航和制导领域，如小型无人机的导航和控制、近程战术武器制导等。
参考中国报告网发布《2017-2022年中国电子元器件行业市场需求调研及投资方法研究报告》
陀螺仪
传统意义上的陀螺仪是安装在框架中绕回转体的对称轴高速旋转的物体。陀螺仪具有稳定性和进动性，利用这些特性制成了敏感角速度的速率陀螺和敏感角偏差的位置陀螺。由于光学、MEMS 等技术被引入于陀螺仪的研制，现在习惯上把能够完成陀螺功能的装置统称为陀螺。
不同种类陀螺仪
资料来源：中国报告网整理
陀螺仪种类多样，按陀螺转子主轴所具有的进动自由度数目可分为二自由度陀螺仪和单自由度陀螺仪；按支承系统可分为滚珠轴承支承陀螺，液浮、气浮与磁浮陀螺，挠性陀螺（动力调谐式挠性陀螺仪），静电陀螺；按物理原理分为利用高速旋转体物理特性工作的转子式陀螺，和利用其他物理原理工作的半球谐振陀螺、微机械陀螺、环形激光陀螺和光纤陀螺等。
不同种类陀螺仪的精度范围
数据来源：中国报告网整理
根据其精度范围大致分为超高精度陀螺仪、中高精度陀螺仪和低精度陀螺仪。超高精度陀螺仪指精度范围在10-6 o/h~5*10-4 o/h范围内的陀螺仪，主要包括液浮陀螺、静电陀螺等，目前最高精度的陀螺仪是静电陀螺仪。中高精度陀螺仪指精度在5*10-4 o/h~10-1 o/h的陀螺仪，目前最有发展前景的陀螺仪是光学陀螺仪，激光陀螺属于第一代光学陀螺，光纤陀螺属于第二代光学陀螺，最近几年，由于光纤陀螺在精度、性能和尺寸上具有更大的潜力，越来越受到各国军方的青睐。低精度陀螺仪是指精度范围超过 10-1 o/h 的陀螺仪，目前发展前景较好的是MEMS陀螺仪，虽然精度低，但低廉的价格使其具有广阔的应用前景。
机电陀螺
机电陀螺是传统的第一、二代陀螺仪，主要包括第一代液浮、气浮、磁悬浮陀螺，以及挠性、静电等第二代陀螺。机电陀螺的共同点在于转子都是安装在框架中绕回转体的对称轴高速旋转，属于刚体转子陀螺仪，不同点在于支撑系统不一样。第一代液浮、气浮、磁悬浮陀螺精度虽高，但结构复杂，制造困难、成本很高。随着惯性导航系统的推广，尤其是在飞机上的广泛应用，寻求一种中高精度、但结构简单、成本较低的陀螺成为当时迫切需要解决的问题。
机电陀螺的基本框图
资料来源：中国报告网整理
挠性陀螺
60年代初，出现了一种新颖支撑原理的挠性陀螺解决了第一代陀螺仪的问题。挠性陀螺的转子利用挠性接头支撑，去除了支承轴上的摩擦干扰力矩，具有体积小、重量轻、可靠性高、成本低、能够消除支承摩擦的优点，目前应用范围广泛，从平台式到捷联式，从飞机、导弹到舰船、航天飞行器均有所应用。
挠性陀螺应用实例
资料来源：中国报告网整理
静电陀螺
静电陀螺是应用电场原理，在超真空的腔体内由静电场产生的吸力来支承球形转子的一种自由转子陀螺，和挠性陀螺同属第二代陀螺仪。静电陀螺技术是当今世界上最高精度的惯性技术，目前世界上只有美国、俄罗斯、法国和中国掌握并成功地应用了这一技术。静电陀螺惯性系统价格昂贵、结构体积较为庞大，一般应用在弹道导弹核潜艇或航空母舰上。
静电陀螺应用实例
资料来源：中国报告网整理
以挠性、静电为代表的第二代陀螺目前已基本取代了第一代液浮、气浮、磁悬浮陀螺。
光学陀螺
光学仪器被用来测量地球的转动始于1913年法国物理学家Sagnac提出的Sagnac 效应，真正实用的激光陀螺在1963年研制成功。此后，基于Sagnac效应的光学陀螺迅速发展，激光陀螺和光纤陀螺是目前军事应用领域使用最广泛的陀螺，以其为主要惯性器件的捷联惯性导航系统更是逐步取代成本高昂的基于机电陀螺的平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统。
激光陀螺
环形激光陀螺（RLG）利用光程差的原理来测量角速度。两束光波沿着同一个圆周路径反向而行，当光源与圆周均发生旋转时，两束光的行进路程不同，产生了相位差，通过测量该相位差可以测出激光陀螺的角速度。近几十年来，激光陀螺已经发展十分成熟，新型激光陀螺研究的主要成果是在激光陀螺的小型化、工程化和新型化等方面取得的进展。
典型厂商的激光陀螺仪
资料来源：中国报告网整理
20 世界 80 年代以环形激光陀螺仪为主的捷联惯性导航系统在国际上如美国、俄罗斯、法国等处于大面积应用推广阶段，也正在取代挠性陀螺，是继液浮陀螺、挠性陀螺之后的第三代惯性仪器。由环形激光陀螺仪组成的激光捷联惯性导航系统主要应用于各类型导弹、飞机、卫星、火箭、鱼雷、主战坦克、自行火炮、侦察车、导弹发射车、军用机器人等领域作为姿态基准或定位定向设备。
到了90年代，在美国和欧洲等发达国家地区，激光惯性陀螺和激光惯性导航系统已经广泛应用于军用飞机（F-15/16、F-117、F-20、C-17）、运载火箭（日本 H-II、法国阿里安4/5、美国宇宙神I、II、IIA、IIAS、大力神4等）、战术导弹（T-22）、巡航导弹（AGM-86/109）、宇宙飞船（“礼炮”7号等）、空间探测器（“火星”号等）、舰船（DDG64）、潜艇等领域。
激光陀螺应用实例（F-16 采用的 LN-260）
资料来源：中国报告网整理
光纤陀螺 光纤陀螺（Fiber Optical Gyro，FOG）使用与环形激光陀螺相同的基本原理，但其使用光纤作为激光回路，可看作是第二代激光陀螺。由于光纤可以进行绕制，因此光纤陀螺中激光回路的长度比环形激光陀螺大大增加，使得检测灵敏度和分辨率也提高了几个数量级，从而有效地克服了环形激光陀螺的闭锁问题。目前光纤陀螺的精度已可达到0.0002/h，同时从上世纪90年代起，0.1/h的中精度干涉型光纤陀螺已投入批量生产。德、日等国也研制成功偏臵稳定性优于0.01 /h的惯性级IFOG，俄罗斯、英国、中国、韩国、新加坡、意大利、瑞士等国也有相关报道。2003年9月，Honeywell的高性能惯性参考系统所采用的光纤陀螺据称是当时能够产品化、性能最好的光纤陀螺，零偏稳定性<0.0003/h。当前 Northrop Grumman公司生产的最高精度光纤陀螺是仪表级光纤陀螺FOG 2500，它适用于超高精度或低噪声环境。
典型厂商的光纤陀螺仪
资料来源：中国报告网整理
光纤陀螺的主要优点在于高可靠性、长寿命、快速启动、耐冲击和振动、对重力不敏感、大动态范围等，这些优点是传统机电陀螺所无法比拟的。在高精度应用领域，光纤陀螺正在逐步取代静电陀螺。
光纤陀螺在国外武器中的用途和数量占比
数据来源：中国报告网整理
光纤陀螺技术领域，美国在理论、测量技术和光纤元器件开发上均处于领先地位。
日本的JEA、MitsubishiPrecision、Hitachi Cable、Sumitomo、Matsushita 等公司也能批量生产多种级别的光纤陀螺，在干涉型光纤陀螺的实用化，特别是中、低精度等级光纤陀螺的实用化方面走在世界前列，主要用于汽车工业。西欧国家也相当重视光纤陀螺在军事上的应用，法国汤姆逊－CSF 公司、英国航空航天公司（BAE）、德国的 SEL 公司等都已开发光纤陀螺产品，并应用于战术导航系统和舰船导航领域。
光纤陀螺应用实例（F-35 采用的 H-764G）
资料来源：中国报告网整理
加速度计 加速度计是惯性导航系统的另一核心元件。加速度计是用来感测运动载体沿一定方向的比力的惯性器件，可以测量出加速度和重力，从而计算载体的速度和位置。加速度计的分类：按照输入与输出的关系可分为普通型、积分性和二次积分型；按物理原理可分为摆式和非摆式，摆式加速度计包括摆式积分加速度计、液浮摆式加速度计和挠性摆式加速度计，非摆式加速度计包括振梁加速度计和静电加速度计；按测量的自由度可分为单轴、双轴、三轴；按测量精度可分为高精度（优于10-4m/s2）、中精度（10-2 m/s2–10-3 m/s2）和低精度（低于0.1m/s2）三类。
加速度计
资料来源：中国报告网整理
MEMS惯性器件
在现代以及可预见未来的高科技战场上，高技术对抗的复杂战场环境迫切需要微型飞行器、微型机器人等微小型侦察设备以及大量战术武器，这种需求促使惯性导航系统向低成本、微型化、低功耗的方向发展。基于MEMS技术的惯性测量器件的出现使得惯性导航系统的微型化成为可能。
微机械电子系统（MEMS）是20世纪末兴起的前沿工程学科，它是随着半导体集成电路微细加工技术的迅速发展而崛起的一门多学科交叉的军民两用的高新技术。作为微电子技术的延伸和发展，MEMS使得器件同时具有信号感知、处理和外部输出功能。MEMS传感器是以硅或石英为主要材料，采用微电子加工技术制造的芯片级传感器。其中，石英加工的惯性器件稳定性好，但加工工艺难度大、成本较高；硅相对易于加工，采用腐蚀、光刻等集成电路制造工艺，器件成本低。随着制造工艺的发展成熟，硅微惯性器件的性能得到大幅提高，以硅为主要材料
制造的MEMS惯性器件应用范围不断扩大，同时MEMS加速度计和陀螺正在向高精度、高集成度的方向发展。
微机械惯性测量单元（MEMS-IMU）利用MEMS陀螺和MEMS加速度计进行惯性参数测量，与机械转子陀螺惯性测量单元和光电陀螺惯性测量单元相比，具有体积小、成本低、质量轻的特点。MEMS加速度计是市场化应用最为成功的MEMS 传感器，它在精度方面已能满足战略导弹的应用要求。MEMS陀螺的精度性能离高端需求尚有差距，但也已接近或达到战术级导航的水平。
MEMS惯性传感器的研发和生产主要集中在美国，其研究水平处于世界领先地位。全球来看，美国的Draper实验室(CSDL)、加州大学伯克利分校传感器与执行器研究中心(BSAC)、加州理工学院喷气推进实验室(JPL)、利顿公司(Littion)、Analog Devices公司、霍尼韦尔(Honeywell)公司、德国微机械及信息技术研究所(IMIT)、 LITEF公司、法国SAGEM公司，俄罗斯 Vector公司，韩国三星公司以及日本一些大学和公司等在MEMS惯性传感器领域都有显著成果。许多惯性器件研究机构及公司推出了较高精度的工业化产品。例如，STIM202是挪威SENSONOR公司 2010年量产的一款高精度三轴MEMS陀螺仪，是业界已知精度最高的多轴MEMS 陀螺之一，传感器经过校准并在全温度范围内进行了温度补偿，它的零偏稳定性仅为0.5°/h，质量仅有55g。Litton公司的典型代表产品 Litton SiACTM硅加速度计，量程超过 100g，零偏优于 20ⅹ10-6g，主要应用于导航和制导领域，如小型无人机的导航和控制、近程战术武器制导等。
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