1.一种MEMS-IMU 初始对准方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一、传感器数据获取，包括MEMS 陀螺仪和MEMS 加速度计数据；

步骤二、建立初始对准坐标系，包括凝固惯性坐标系、地球坐标系、导航坐标系与载体坐标系，并确定不同坐标系之间对应的转换关系矩阵；

步骤三、建立初始对准目标函数，构造快速对准最优降速法：（1）凝固惯性坐标系与载体坐标系之间的转换矩阵采用姿态四元数表示；

（2）依据载体从凝固惯性坐标系变换到当前载体坐标系建立初始对准目标函数，基于目标函数计算最优的坐标变换姿态四元数，即最优降速法；

步骤四：利用互补滤波原理确定最优降速法参数方程；

步骤五：利用四元数更新算法解算载体姿态角，实现初始对准姿态矩阵的计算。

2.根据权利要求1所述的MEMS-IMU初始对准方法，其特征在于：所述的步骤2中：建立初始对准坐标系，包括凝固惯性坐标系、地球坐标系、导航坐标系与载体坐标系；

所 述 的 凝 固 惯 性 坐 标 系 为 初 始 时 刻 载 体 坐 标 系，记 为 系；所述的地球坐标系为与地球固连，相对惯性坐标系以地球自转角速度 旋转，记为系；所述的导航坐标系表示载体所在位置的东-北-天坐标系，记为 系；所述载体坐标系表示与IMU 的体坐标系重合的坐标系，记为 系；

所述的坐标系存在如下转换关系：地球坐标系与导航坐标系方向余弦矩阵 表示为式中：表示载体所在纬度；

惯性坐标系与地球坐标系的转换矩阵 表示为式中： 表示地球自转速率； 表示计算间隔；

凝固惯性坐标系与载体坐标系之间的转换矩阵 表示为式中： 表示方向余弦的微分； 表示载体相对惯性系的旋转角速率在载体坐标系下的映射； 表示将向量转换成叉乘矩阵。

3.根据权利要求1或2所述的MEMS-IMU初始对准方法，其特征在于所述的步骤3：建立初始对准目标函数，实现最优降速法快速对准；

（1）姿态更新四元数表示

所述的方向余弦矩阵 采用四元数 的离散表示为式中： 表示 时刻姿态四元数； 表示 时刻姿态四元数；

表示 时刻陀螺量测； 表示 时刻凝固惯性坐标系与载体坐标系之间的旋转矩阵； 表示 的单位矩阵； 表示取模运算；

（2）目标函数及最优降速法实现所述的目标函数依据载体从凝固惯性坐标系 系变换到当前载体坐标系 系，其表示为

式中： 表示初始时刻加速度计量测比力； 表示当前时刻加速度计量测比力；

表示坐标变换四元数；表示对四元数取共轭运算； 表示四元数乘法运算；

所述最优降速法是基于上述目标函数构造，以实现最优四元数 的计算，所述的最优四元数互补离散形式表示为

其中， 表示 时刻的互补系数； 表示采用最优降速法得到的收敛四元数， 表示采用陀螺更新计算得到的发散四元数；

式中： 表示收敛权值； 表示 时刻计算得到的最优四元数；

表示目标函数的梯度运算； 表示目标函数对应的雅可比矩阵；

上标 表示矩阵转置运算； 表示 时刻的陀螺量测； 为斜对称矩阵； 表示的单位矩阵。

4.根据权利要求3所述的MEMS-IMU初始对准方法，其特征在于所述的步骤4：利用互补滤波原理确定最优降速法参数方程；

所述的最优降速法在初始对准过程中，对于姿态矩阵 的解算，需要确定估计过程中的参数，本发明基于互补滤波原理，确定相应的估计参数；

收敛权值 体现为在估计过程中对于梯度四元数 的采用权重，其参数选择遵循下式

式中，表示增益系数； 表示陀螺更新四元数变化率； 表示采样时间；

依据互补滤波原理，此处发散率与收敛率表示为相同量级，则有如下等式式中， 表示与陀螺噪声等级相关的发散系数； 表示时刻的互补系数； 表示收敛权值； 表示采样时间；

依据MEMS-IMU 传感器特点及实际运动过程，由 确定的最优降速权值要大于实际运动状态，以保证姿态快速收敛，故而 为较大量级参数，从而得到互补系数 的近似表示

近似之后的估计最优四元数表示为式中： 表示 时刻采用陀螺更新计算得到的四元数；表示与陀螺噪声等级相关的发散系数； 表示采样时间； 表示目标函数的梯度运算。

5.根据权利要求1所述的一种MEMS-IMU初始对准方法，其特征在于所述的步骤5：利用四元数更新算法解算载体姿态角，实现初始对准姿态矩阵的计算；

依据步骤四所述，采用四元数与姿态矩阵之间的转换关系，得到 系与 系之间的转换矩阵 ，从而初始对准过程可表示为式中： 表示地球坐标系与导航坐标系姿态转换矩阵； 表示为惯性系与地球坐标系的转换矩阵； 表示凝固惯性系与惯性系之间的转换矩阵； 表示采用最优降速法计算得到的姿态更新矩阵；

捷联惯导比力方程表示为

式中： 表示导航坐标系下速度矢量； 表示导航坐标系相对于惯性系转动角速度矢量在导航坐标系下的映射； 表示地球坐标系相对于惯性系转动角速度矢量在导航坐标系下的映射； 表示导航坐标系下重力加速度矢量； 表示导航坐标系下比力矢量；

将等式两边同时乘以 并进行坐标系变换简化上式得到

式中： 表示凝固惯性系与载体坐标系之间的旋转矩阵； 表示载体坐标系相对于惯性系转动角速度矢量在载体坐标系下的映射； 凝固惯性系与惯性系之间的转换矩阵； 表示载体坐标系下速度微分；表示向量叉乘运算； 表示载体坐标系下比力矢量；

采用积分运算消除加速度计量测噪声式中： 表示凝固惯性系下积分得到的速度矢量； 表示惯性系下积分得到的速度矢量； 表示凝固惯性系与载体坐标系之间的旋转矩阵； 表示载体坐标系相对于惯性系转动角速度矢量在载体坐标系下的映射； 凝固惯性系与惯性系之间的转换矩阵；

表示载体坐标系下速度微分；表示向量叉乘运算； 表示载体坐标系下比力矢量；

取两个不同的时刻 和 即可得到两组速度矢量，由下式即可计算出 矩阵式中： 表示 时刻凝固惯性系下积分得到的速度矢量； 表示 时刻凝固惯性系下积分得到的速度矢量； 表示 时刻惯性系下积分得到的速度矢量； 表示 时刻惯性系下积分得到的速度矢量；表示向量叉乘运算；上标 表示矩阵取逆运算。

6.根据权利要求1所述的MEMS-IMU初始对准方法，其特征在于，所述的步骤2中，纬度 ，经度选为 ，地球自转角速率 ，采样时间。

7.根据权利要求1所述的MEMS-IMU初始对准方法，其特征在于，步骤3和步骤4中，初始最优四元数 ，互补参数 。

8.根据权利要求1所述的MEMS-IMU初始对准方法，其特征在于，所用的MEMS陀螺仪随机游走系数为 ，MEMS陀螺仪零偏为 ，MEMS加速度计随机游走系数为 ，零偏为 ；所采取的对准方式分为静基座对准与动机座对准，其中动机座对准中，三轴摇摆幅度分别为横滚 、俯仰 、航向 ，摇摆频率为 。