慣性測量單元 (IMU) 是一種電子設備，它使用加速度計、陀螺儀和磁力計的組合來測量和報告身體的比力、角速率，有時還包括身體的方向。 當包含磁力計時，IMU 稱為 IMMU。 IMU 通常用于操縱現代交通工具，包括摩托車、導彈、飛機（姿態和航向參考系統），包括無人駕駛飛行器 (UAV) 等，以及航天器，包括衛星和著陸器。 最近的發展允許生產支持 IMU 的 GPS 設備。 IMU 允許 GPS 接收器在 GPS 信號不可用時工作，例如在隧道、建筑物內部或存在電子干擾時。

慣性測量單元的工作原理是使用一個或多個加速度計檢測線性加速度，并使用一個或多個陀螺儀檢測旋轉速率。 有些還包括通常用作航向參考的磁力計。 典型配置包含一個加速度計、陀螺儀和磁力計，用于三個主軸中的每一個：俯仰、滾動和偏航。

IMU 通常被整合到慣性導航系統中，慣性導航系統利用原始 IMU 測量值來計算相對于全球參考系的姿態、角速率、線速度和位置。 配備 IMU 的 INS 構成了許多商用和軍用車輛（例如載人飛機、導彈、艦船、潛艇和衛星）導航和控制的支柱。 IMU 也是無人駕駛系統（如 UAV、UGV 和 UUV）的引導和控制的重要組成部分。 INS 的更簡單版本稱為姿態和航向參考系統，利用 IMU 計算車輛姿態以及相對于磁北的航向。 從 IMU 的傳感器收集的數據允許計算機使用一種稱為航位推算的方法來跟蹤飛行器的位置。

在陸地車輛中，IMU 可以集成到基于 GPS 的汽車導航系統或車輛跟蹤系統中，使系統具有航位推算能力，并能夠盡可能多地收集有關車輛當前速度、轉彎率、 航向、傾斜度和加速度，結合車輛的輪速傳感器輸出和（如果有）倒檔信號，用于更好的交通碰撞分析等目的。

除了導航用途外，IMU 還在許多消費產品中用作方向傳感器。 幾乎所有智能手機和平板電腦都包含 IMU 作為方向傳感器。 健身追蹤器和其他可穿戴設備還可能包括用于測量運動（例如跑步）的 IMU。 IMU 還能夠通過識別與跑步相關的特定參數的特異性和敏感性來確定運動中個體的發育水平。 一些游戲系統（例如任天堂 Wii 的遙控器）使用 IMU 來測量運動。 低成本 IMU 促進了消費無人機行業的發展。 它們還經常用于體育技術（技術訓練）和動畫應用。 它們是用于運動捕捉技術的競爭技術。 IMU 是 Segway 個人運輸車中使用的平衡技術的核心。

在導航系統中，IMU 報告的數據被送入處理器計算高度、速度和位置。 稱為捷聯慣性系統的典型實現集成了陀螺儀的角速率以計算角位置。 這與卡爾曼濾波器中加速度計測量的重力矢量融合以估計姿態。 姿態估計用于將加速度測量值轉換為慣性參考系（因此稱為慣性導航），其中它們被積分一次以獲得線速度，兩次積分以獲得線性位置。

例如，如果安裝在沿某個方向矢量移動的飛機上的 IMU 測量飛機的加速度為 5 m/s2，持續 1 秒，那么在這 1 秒之后，制導計算機將推斷出飛機必須在行駛 速度為 5 m/s，并且必須距離其初始位置 2.5 m（假設 v0=0 且已知起始位置坐標 x0、y0、z0）。

如果與機械紙質地圖或數字地圖檔案（其輸出通常稱為移動地圖顯示的系統，因為制導系統位置輸出通常被視為參考點，從而產生移動地圖），制導系統可以使用 這種方法可以向飛行員顯示飛機在特定時刻的地理位置，就像使用 GPS 導航系統一樣——但不需要通過外部來源與任何外部組件（例如衛星或陸地無線電轉發器）進行通信或從任何外部組件接收通信 仍然用于糾正漂移錯誤，并且由于位置更新頻率。