本发明涉及惯性导航，尤其涉及一种基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法。
背景技术：
1、传递对准是指利用高精度的主惯导系统来辅助子惯导完成初始对准，通常需要辅以角运动或线运动机动条件，因此属于动基座对准范畴。当主、子惯导之间存在较大的安装误差角时，子惯导平台失准角过大，误差模型存在非线性，称作大失准角传递对准。
2、传统大失准角传递对准的解决方法分为两类：一是已知主、子惯导的安装角的粗略值，并进行预先补偿，以满足小角度要求，从而通过线性模型完成传递对准，这种方法的前提是需要粗略已知主、子惯导的安装关系，无法适应所有应用环境；二是采用以欧拉角、姿态四元数、旋转矢量或罗德里格参数为姿态描述的非线性误差模型，并采用ukf、cdpf、srukf等非线性滤波算法进行传递对准。由于非线性滤波方法计算量大，且在大失准角条件下估计精度不高，工程上更实用的方法是，将非线性模型转化为线性模型进行传递对准。
3、现有技术中公开了一种sins任意失准角无奇异快速传递对准方法。该方法在惯性坐标系下构造积分量测值，采用矩阵卡尔曼滤波对主、子惯导之间的安装矩阵进行估计来间接完成传递对准。该方法不需要进行子惯导的导航解算，直接对常值安装矩阵进行估计，避免了子惯导平台失准角的非线性问题，采用线性卡尔曼滤波即可完成传递对准。但是，该方法需要对9维安装矩阵元素和3维子惯导惯性系姿态失准角进行估计，额外增加了12维的误差状态，计算量显著增大。该方法没有借鉴传统线性传递对准方法的优点，难以对主、子惯导之间的时间延迟进行估计。
4、综上所述，目前亟需一种基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法，以解决现有大失准角传递对准的非线性强、计算量大的问题。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法，用以解决现有大失准角传递对准的非线性强、计算量大的问题。
2、本发明公开了一种基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法，所述传递对准分为实时粗对准阶段和回溯精对准阶段，所述方法包括：
3、在实时粗对准阶段，分别采集主、子惯导在每个周期输出的角速率和比力并投影到惯性系，根据投影到惯性系的主、子惯导的角速率和比力求解得到相应周期估计的初始安装矩阵；
4、在实时粗对准阶段，存储子惯导在每个周期输出的角速率和比力，以及，主惯导在每个周期的姿态矩阵、速度和位置；并将最后一个周期估计的初始安装矩阵作为粗对准估计安装矩阵；
5、在回溯精对准阶段，根据粗对准估计安装矩阵、主惯导在第一个周期的姿态矩阵、速度和位置对子惯导进行初始化，构造子惯导的初始姿态矩阵、初始速度和初始位置；之后，利用子惯导在每个周期输出的角速率和比力进行正向回溯惯性导航解算，并对主惯导在相应周期的姿态矩阵补偿粗对准估计安装矩阵，从而建立“姿态+速度”匹配的线性卡尔曼滤波器；求解线性卡尔曼滤波器，完成回溯精对准。
6、在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：
7、进一步，在每个周期，采集到主、子惯导在当前周期输出的角速率和比力之后，利用前一周期的惯性系姿态矩阵将主、子惯导在当前周期输出的角速率和比力投影到惯性系；还根据主、子惯导在当前周期输出的角速率更新得到当前周期的惯性系姿态矩阵。
8、进一步，根据以下公式(1)、(2)将主、子惯导在当前周期输出的角速率和比力投影到惯性系：
9、
10、
11、式中，分别为主、子惯导在第k个周期输出的角速率，分别为主、子惯导在第k个周期输出的比力；分别为第k个周期的主惯导惯性凝固载体坐标系m0下的角速率、比力，分别为第k个周期的子惯导惯性凝固载体坐标系s0下的角速率、比力；均为投影到惯性系的参数；为第k-1个周期的主惯导载体坐标系m至主惯导惯性凝固载体坐标系m0之间的转换矩阵，为第k-1个周期的子惯导载体坐标系s至子惯导惯性凝固载体坐标系s0之间的转换矩阵；惯性系包括主惯导惯性凝固载体坐标系和子惯导惯性凝固载体坐标系；共同构成第k-1个周期的惯性系姿态矩阵；其中，k≥1，且k为正整数；当k＝1时，
12、进一步，根据以下公式(3)-(6)更新得到当前周期的惯性系姿态矩阵：
13、
14、
15、式中，t为一个周期的时长；
16、
17、
18、式中，为第k个周期的主惯导载体坐标系m至主惯导惯性凝固载体坐标系m0之间的转换矩阵；为第k个周期的子惯导载体坐标系s至子惯导惯性凝固载体坐标系s0之间的转换矩阵，共同构成第k个周期的惯性系姿态矩阵。
19、进一步，所述根据投影到惯性系的主、子惯导的角速率和比力求解得到相应周期估计的初始安装矩阵，执行：
20、根据投影到惯性系的主、子惯导的角速率和比力，建立以主、子惯导之间的初始安装矩阵为未知量的主、子惯导之间的关系式；
21、根据所述关系式构造三维矩阵并求解，得到当前周期估计的初始安装矩阵。
22、进一步，以主、子惯导之间的初始安装矩阵为未知量的主、子惯导之间的关系式表示为：
23、
24、式中，为第k个周期的主、子惯导之间的初始安装矩阵，为第k个周期待估计的初始安装矩阵。
25、进一步，第k个周期的三维矩阵bk与第k-1个周期的三维矩阵bk-1之间满足：
26、
27、式中，当k＝1时，b0＝03×3；
28、在第k个周期，根据公式(7)、(8)，采用快速最优姿态矩阵算法求解得到第k个周期估计的初始安装矩阵
29、进一步，线性卡尔曼滤波器的误差状态向量x表示为：
30、
31、式中，εs、η、τ分别表示子惯导的速度误差、失准角、陀螺漂移、加速度计零偏、残余安装失准角、安装杆臂、时间延迟。
32、进一步，根据线性卡尔曼滤波器的误差状态向量x建立状态方程：
33、
34、式中，xk为误差状态向量x在第k个周期的递推值；fi,k为根据正向回溯导航解算获得的子惯导在第k个周期的姿态矩阵速度位置ps,k和比力所建立的12阶状态转移矩阵，分别表示子惯导在第k个周期的加速度计、陀螺的系统噪声。
35、进一步，
36、
37、
38、式中，ma,k为第k个周期的姿态误差矩阵，为主惯导在第k个周期的姿态矩阵，zφ,k为第k个周期的姿态量测值，ma(i,j)表示取姿态误差矩阵ma,k的第i行、第j列元素；
39、建立第k个周期的姿态量测方程：
40、
41、式中，vθ,k为第k个周期的姿态量测噪声；
42、建立第k个周期的速度量测方程：
43、
44、式中，分别为子惯导在第k个周期正向回溯导航解算出的速度、加速度，为主惯导在第k个周期的速度，vv,k为第k个周期的速度量测噪声。
45、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
46、本发明提供的基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法，该方法分为实时粗对准和回溯精对准两个阶段；在实时粗对准阶段，计算主、子惯导相对惯性空间的姿态矩阵，并利用该姿态矩阵将主子惯导输出的角速率和比力投影到惯性系，在此基础上构造基于惯性系角速率和比力观测的foam算法对安装矩阵进行直接估计，从而将大失准角转换为小失准角，然后再通过信息复用的线性卡尔曼滤波完成精对准。该方法通过对大安装失准角的直接估计将传递对准非线性模型转化为线性模型进行处理，并进一步对主子惯导安装杆臂和时间延迟进行估计，能够减少计算量，提高对准精度。
47、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
1.一种基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法，其特征在于，所述传递对准分为实时粗对准阶段和回溯精对准阶段，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法，其特征在于，在每个周期，采集到主、子惯导在当前周期输出的角速率和比力之后，利用前一周期的惯性系姿态矩阵将主、子惯导在当前周期输出的角速率和比力投影到惯性系；还根据主、子惯导在当前周期输出的角速率更新得到当前周期的惯性系姿态矩阵。
3.根据权利要求2所述的基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法，其特征在于，根据以下公式(1)、(2)将主、子惯导在当前周期输出的角速率和比力投影到惯性系：
4.根据权利要求3所述的基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法，其特征在于，根据以下公式(3)-(6)更新得到当前周期的惯性系姿态矩阵：
5.根据权利要求4所述的基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法，其特征在于，所述根据投影到惯性系的主、子惯导的角速率和比力求解得到相应周期估计的初始安装矩阵，执行：
6.根据权利要求5所述的基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法，其特征在于，以主、子惯导之间的初始安装矩阵为未知量的主、子惯导之间的关系式表示为：
7.根据权利要求6所述的基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法，其特征在于，第k个周期的三维矩阵bk与第k-1个周期的三维矩阵bk-1之间满足：
8.根据权利要求1-7中任一项所述的基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法，其特征在于，线性卡尔曼滤波器的误差状态向量x表示为：
9.根据权利要求8所述的基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法，其特征在于，根据线性卡尔曼滤波器的误差状态向量x建立状态方程：
10.根据权利要求9所述的基于大失准角直接估计的回溯式传递对准方法，其特征在于，
