一、什么是导航？
“导航”一词，我们已耳熟能详，无论是秋天南归的大雁，还是草原上暮归的羊群，或是在森林中迷失方向、在广阔无边的大海航行、在陌生的城市旅行时的我们，都需要导航；而且，我们的人生同样也需要导航，我们自入学伊始，就需要规划好自己的大学生活，找准自己的位置，并朝着一个又一个的目标奋斗。
导航源于人类交通和军事活动对方位或位置识别的需求。自人类诞生以来，为了获得准确定位，拥有5 000年灿烂历史文化的中华民族一直没有停止过探索的脚步。古人很早就掌握了通过北斗七星（图1-1）来辨别方位和季节的方法，古书《鹖冠子》就记载：“斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬。”
图1-1 北斗七星
后来，古人还掌握了使用磁体来定向的方法，即指南针，在11世纪末，我国船舶开始使用指南针导航，而家喻户晓的郑和下西洋也使用过指南针导航。这一发明后来经阿拉伯传入欧洲，对欧洲的航海业乃至整个人类社会的文明进程，都产生了巨大影响。
另外，据传我国在三国时期就已经开始使用指南车（图1-2）来指示方向。它与利用地磁效应的指南针不同，是利用齿轮传动系统和离合装置来指明方向的一种机械装置，在特定条件下，无论车子转向何方，木人的手始终指向南方。
在国外，大航海时代的到来，推动了导航的发展，在哥伦布时代，使用的是磁罗盘导航；到了18世纪上半叶，在海洋中航行时，开始使用六分仪（图1-3），该装置能够用来测量船舶的经纬度。
图1-2 指南车
图1-3 六分仪
到了近现代，人类发明的导航方法越来越多，如无线电导航、卫星导航、惯性导航、视觉导航、组合导航等，越来越多导航方法的应用，也反过来推动了人类文明的发展。
从上面人类导航的例子中，可以得出导航广义上的定义：引导各种运载体（飞机、船舶、车辆等）及个人按既定航线航行的过程，是保证运载体安全、准确地沿着选定路线，准时到达目的地的一种手段。
从狭义上来说，导航是确定运载体在某一时刻的位置、速度和姿态。作为无人机导航的感知单元，导航系统承担着无人机状态参量测量与估计的重任。
无人机导航即无人机获得自己当前（在某个参照系下）的位置、速度等信息，必要时还需要获得当前（相对于某个参照系）的姿态、姿态角速度等信息。因此，简要概括无人机导航的主要工作就是要“知道无人机在哪，知道无人机的姿态”，即解决的是“我在哪”的问题。
而容易与无人机导航概念相混淆的是无人机制导（图1-4）和无人机控制。无人机制导即无人机发现（或外部输入）目标的位置、速度等信息，并根据自己的位置、速度及内部性能和外部环境的约束条件，获得抵达目标所需的位置或速度指令。例如，按照规划的航路点飞行时，计算无人机径直或沿某个航线飞抵航路点的指令；采用基于计算机视觉目标跟踪的光学制导时，根据目标在视场中的位置（以及摄像头可能存在的离轴角）计算跟踪目标所需的过载或姿态角速度指令；而当预装地图中存在需要规避的障碍物或禁飞区时，根据无人机飞行性能计算可行的规避路线或速度指令。因此，简要概括制导的主要工作就是要“知道目标在哪，以及如何抵达目标”，即解决的是“要去哪”的问题。
图1-4 无人机制导
无人机控制是指无人机根据当前的速度、姿态等信息，通过执行机构作用来改变姿态、速度等参数，进而实现稳定飞行或跟踪制导指令。例如，当固定翼无人机需要爬升高度时，计算需要的俯仰角和俯仰角速度指令，以及为了让空速不至于大幅降低所需的油门指令；当沿着航线飞行，但是存在侧风时，计算所需的偏航角指令以利用侧滑抵消侧风影响；或者当多旋翼无人机的某个旋翼失效时，计算如何为剩余旋翼分配指令以尽可能实现稳定飞行。因此，简要概括控制的主要工作就是“改变飞行姿态，跟踪制导指令”，即解决的是“怎么去”的问题。
要实现无人机的自主飞行、顺利完成指定任务，需要飞行控制、导航与制导系统共同作用。对于无人机来说，在自动飞行控制系统的基础上，导航、制导和控制系统之间是相互联系的，它们之间的关系可以用图1-5中的框图来表示。
图1-5 无人机导航、制导和控制系统