一、无人机控制中的坐标系
无人机运动学中，有三种需要了解的坐标系
1、地球中心坐标系（ECEF）
地球中心坐标系，即坐标系原点位于地心。X轴通过格林尼治线和赤道线的交点，正方向为原点指向交点方向。 Z轴通过原点指向北极。 Y轴与X，Z轴构成右手坐标系。
而将该坐标系下的点，用GPS坐标表示出来即为WGS-84坐标系，其中在WGS-84坐标系中，X轴指向BIH(国际时间服务机构)1984.0定义的零子午面(Greenwich)和协议地球极(CTP)赤道的交点。Z轴指向CTP方向。Y轴与X，Z轴构成右手坐标系
2、NED坐标系
如图，绿色的坐标系即为北东地坐标系
NED坐标系是在导航计算时使用的坐标系。向量分别指向北，东，地，因此NED坐标系也经常称为北东地坐标系。GPS可以获得在WGS-84中的速度向量，为了方便使用速度向量进行无人机控制，我们要把它转换在无人机所在位置的“平面坐标系”。
3、机体坐标系
机体坐标系与飞行器固联，坐标系符合右手法则，原点在飞行器重心处，x轴指向飞行器机头前进方向，y轴由原点指向飞行器右侧，z轴方向通过x,y由右手法则确定。机体坐标系是无人机惯性导航的基础坐标系，IMU中获得的加速度状态信息就是该坐标系下的数值。当我们获取IMU输出的x轴加速度信息时不能直接应用在NED坐标系下。
二、无人机IMU单元
IMU单元，惯性测量单元，用于测量物体三轴姿态角（角速率）以及加速度的装置。
IMU由陀螺仪和加速度计组成，其中：
陀螺仪：检测载体相对于导航坐标系的角速度信号；
加速度计：三个单轴的加速度计检测物体在坐标系独立三轴的加速度信号
其精度直接影响到惯性系统的精度。
三、无人机中矩阵的确定与变换
3.1、无人机的姿态
一个空间中的无人机可通过给定位置和方向而完全描述，令为标准正交坐标系，xyz为其单位向量。在上图中，设无人机为
,其在空间中的位置可表述为
的坐标可简洁的写为
通过坐标系以及可以约束无人机的位置，但无人机的方向仍没有约束，接下来大幅篇章将开始角度坐标系的描述。
为了确定无人机的方向，简便的方法即为加入一个附在无人机机身上的坐标系，,其中
为坐标系中的单位向量，与
的转换关系为
3.2、旋转矩阵
将描述无人机方向的用矩阵表示为
这里第三个矩阵中，由于x为单位向量（1,0,0），故与向量的装置相乘，即为
的值。
上诉矩阵R被称为旋转矩阵。
由于是正交坐标系下的单位向量，所以他们之间彼此正交，且向量模为1
R是一个正交矩阵，故
如果坐标系是右手法则则det(R)=1，若为左手法则确定则det(R)=-1。
3.2.1、基本旋转
坐标系可被视为由坐标系
通过基本旋转而成。这些旋转如果是逆时针的，则其旋转值为正。
假定坐标系绕z轴旋转一定角度a，如图其单位向量可表述为：
因此，绕z轴旋转的矩阵可表述为
同样，按此方法可表述按x轴和按y轴旋转时的旋转矩阵
对于描述空间中容易一个旋转，这些矩阵将会是非常有用的。
通过上诉的矩阵，可很容易的证明，旋转矩阵有
3.2.2、一个向量的旋转表述
为了进一步理解旋转矩阵的几何意义，将两坐标系原点重合，即,其中0表示为0向量。点P能够表述为：
其中，和
分别对应于相同的点P在坐标系
和
的坐标。根据之前对于
下坐标转换至o，可得
即
旋转矩阵R表述了向量从矩阵转换至
，回顾
,可得
例3.1：
设两坐标系具有相同原点，且通过按z轴旋转而得，如图，由几何关系可得
由此可见，其坐标转换即为,旋转矩阵不仅仅描述了一个坐标系的方向，还描述了基于同一个原点的一个向量从一个坐标系到另一个坐标系的转换。