惯性导航系统（INS）优点突出，它具有完全自主性，隐蔽性好，可以实时输出高精度的位置、姿态、速度信息，适用于水下隐蔽导航需求。惯性导航可以方便地与其他导航技术相结合，如水下多普勒测速仪(DVL)、重力匹配导航等，构成组合导航系统，形成组合导航模式，因而成为当前AUV的首选导航方式，尤其适用于隐蔽性要求很高的军事用途。随着INS不断发展，一些新型传感器不断涌现，如光子惯性导航系统(PHINS)。法国IXSEA公司开发了一种目前世界上最轻便的水下惯性导航系统--PHINS，见下图。INS的关键技术是高精度惯性器件制造、惯性系统建与校标、姿态更新和初始误差的修正。
上图中的TD指距离（travel distance），CEP是指圆误差概率，50是指50%落在圆内。
光子惯性导航系统(PHINS)是利用光的惯性导航系统，常见就是光纤陀螺仪和激光陀螺仪（详见博文《长航时陀螺惯性导航系统有哪些？》），还有现在非常热门的光量子惯性导航系统。
虽然知道光具有波粒二象性，光子就是指光的粒子，我们仍然不是很好理解。偶然之间在B站搜到一位老师讲光电效应，才总算明白点。光电效应是赫兹在1887年发现的现象，即金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。光束里的光子所拥有的能量与光的频率成正比。假若金属里的自由电子吸收了一个光子的能量，而这能量大于或等于某个与金属相关的能量阈值（称为这种金属的逸出功），则此电子因为拥有了足够的能量，会从金属中逃逸出来，成为光电子；若能量不足，则电子会释出能量，能量重新成为光子离开，电子能量恢复到吸收之前，无法逃逸离开金属。
光子是具有量子纠缠的粒子之一，潘院士做量子纠缠用的就是光子。
虽然惯性导航技术在隐蔽性、自主性方面有强大的优势，但严重依赖传感器的精度。目前发展的两种量子定位系统(QPS，Quantum Positioning System)是星基导航系统和量子惯性导航系统。OPS在定位精度和安全性方面有绝对的优势。在量子力学理论所能允许的情况下，每个量子脉冲中所包含光子数目的多少对其精度有着决定性作用。脉冲时延的测量精度可比GPS的定位精度高出2~4个数量级。此外，在安全性方面，基于量子特征的卫星定位系统可以通过设置量子加密大大提高安全性，在军事方面有着很大的优势。
量子脉冲式导航定位的原理图如下：
图中 Alice 作为待测点，Detectors 是由已知不同位置的 M 个检测器组成的信号接收点，在实验过程中， Alice 向每一个检测器发送相同频谱(脉冲的带宽)以及功率(每个脉冲所包含的光子数 N)的脉冲，因此各组脉冲具有频率纠缠性及强相关性，通过测量信号到达各检测器的平均时间可以获取待测点 Alice 的具体位置。 在相同的理想通信通道中， M 个检测器记录下的到达时间具有相互纠缠特性，这为平均时间的计算提高了√M倍精度，提升因子√M是与相同带宽条件下的非频率纠缠脉冲相比得到的；每组脉冲均包含了 N个纠缠态光量子，在测量时可以获得√N的精度提高，提升因子√N是与量子数目同样为 N 的经典相干态下的脉冲相比得到的；由此可知，在 Alice 端发射 M 组频率相互纠缠且结合了光子压缩的脉冲信号进行关联测量，综合后最终可获得√MN 倍的精度提高。
上述量子导航定位系统叫星基导航系统，与传统卫星导航类似，需要发射信号来实现用户的四维坐标的定位，所不同的是 QPS 采用的是相干关联的量子信号， 仍旧属于有源定位系统。基于量子惯性器件实现导航的量子定位系统即量子惯性导航系统，与传统惯性导航系统类似，靠自身惯性器件实现姿态调整与定位，不需要从在轨卫星实时接收信号进行测距和授时，属于无源定位系统。
量子惯性导航系统与传统的惯性导航系统在结构上基本一致， 如下图所示， 主要由三维原子陀螺仪、三维原子加速度计、原子钟和信号采集及处理单元四部分构成。
原子陀螺仪与原子加速度计的研究目前是最受关注的，陀螺仪性能的优劣可以通过其零度漂移与角速度灵敏度大小作为衡量标准。与传统陀螺仪测量方式不同，量子干涉陀螺仪基于原子的 Sagnac 效应， 冷原子团以相反方向沿着相同的抛物线轨迹形成冷原子束，在拉曼激光刺激下，形成干涉环路，由于双环路原子干涉相移差的一半即为旋转速率引起的相移，进而可以提取旋转速率，其中零偏漂移理论值远低于传统陀螺仪几个数量级。原子加速度计的精确测量同样是利用原子的 Sagnac 效应实现的，因此其发展轨迹与原子陀螺仪几乎一致。 除干涉陀螺仪之外，利用碱金属原子自旋的拉莫尔进动可以实现角速度的传感，这类陀螺仪称之为原子自旋陀螺仪。
因此，量子星基导航系统不适用于水下定位，而量子惯性导航系统可用于水下定位与导航。
美国斯坦福大学和耶鲁大学成功研制出第一套实验室原子干涉陀螺，随后麻省理工学院研制的原子激光陀螺比其时最先进的陀螺精度高3个数量级以上。冷原子敏感器不用其他外部辅助技术就可以达到超高精度导航水平，有望有效解决INS随时间漂移问题。
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