对于无人机系统而言，最容易想到的硬件是GPS模块，最令人印象深刻的飞行功能是自动导航飞行。能够按照预先规划的飞行路线进行自动飞行是无人机在功能上与遥控飞机的主要区别之一。
不管是天上飞的，地上跑的，还是海里游的，我们都希望能引导它们到期望的目标位置，但我们如果连该物体在哪里都不知道，就没办法实现导航。因此必须获得被控对象在某个坐标系中的具体坐标。对于无人机导航也是如此，我们期望它从A点飞到B点，就要不断通过GPS或其它导航仪器获取无人机当下的位置坐标，并根据无人机的位置调整无人机的姿态最终飞到B点。
在无人机导航中常会出现的误解：1.GPS输出的高度坐标是相对于海平面，与经度纬度一样可以直接使用；2.通过GPS获得的速度信息可以直接使用；3.IMU输出的飞行器加速度信息是 “平面“加速度。
这些问题涉及到无人机导航中的基础概念，同时也是最容易让人混乱的概念之一：无人机坐标系。
无人机导航中常见的坐标系包括：地球中心坐标系(Earth Centered Earth Fixed Coordinate System)，当地水平坐标系（North-East-Down Coordinate System）,WGS-84大地坐标系(World Geodetic Coordinate System 1984),机体坐标系（Body Frame），机体水平坐标系(Vehicle -carried NED Coordinate System)。
1.地球中心坐标系（ECEF）
该坐标系与地球固联，且随着地球转动。上图中O即为该坐标原点，位置在地球质心。X轴通过Greenwich(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。
右手坐标系即符合‘右手法则’的坐标系统称，这个法则大家会经常见到，因它的目的是为了以最简单的方式确定坐标轴以及正方向。
如图，把右手大拇指，食指，中指程“”痉挛“”状，其中任意两个手指与已确定的两个坐标轴及正方向重合，第三个手指的方向就是剩下坐标轴的正方向。
2. WGS-84坐标系
GPS输出的坐标数据就是这个坐标系下的！
上面这句话复杂一点解释就是：GPS单点定位的坐标以及相对定位中解算的基线向量属于WGS-84大地坐标系。
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
什么“BIH1984.0”很麻烦有没有？！一句话理解：把ECEF用在GPS中就是WGS-84坐标系。
上面图中大家很容易看出GPS输出的常见定位数据 ：经度(Longitude)，纬度(Latitude)，海拔(altitude)。不知道大家有没有奇怪过，为什么有了GPS输出的海拔高度，我们还是要用气压计或者其他硬件来辅助定高呢？为什么GPS的海拔数据精度没有办法支撑无人机高度定位呢？
因为GPS输出的信息是相对于WGS-84坐标系。我们可以把它看做一个参考椭球体，GPS输出的高度是垂直于椭球表面的高度，不是相对于海平面(Mean Sea Level)的高度。上图中h是GPS测得的相对于椭球表面的高度；H表示正高；N表示大地水准偏差，范围正负100m之间。就是这个N，它老人家随着地球重力分布变化，因此很难确定具体数值。
3. NED坐标系
上图很清晰的表明了ECEF坐标系（蓝色）和NED坐标系（绿色）之间的关系。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‘。
我们有了经纬度为什么还需要NED坐标系呢？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”下——Local NED
4. 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。
如果我们想要对无人机进行导航控制就必须能够正确处理GPS，IMU等硬件输出的信息或者将这些信信息转化到正确的坐标系下。MR.城堡会在后面的系列文章中为大家详解无人机导航中的数据转换与计算方法。
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