针对现有滤波方法在低成本航姿参考系统(AHRS)姿态估计应用中存在准确性不足的问题,本文提出一种非线性滤波求解的姿态估计方法。根据四元数姿态表示原理与传感器测量输出模型构建了基于AHRS系统直接形式姿态估计的非线性状态空间模型,采用迭代扩展卡尔曼滤波方法进行滤波求解,实现了对姿态四元数与传感器偏差的实时估计。通过MPU9150型MEMS惯性测量单元的实测数据与ABB工业机器人同步输出的参考姿态对本文算法进行了验证,并与现有基于非线性滤波与互补滤波的姿态估计方法以及商用姿态测量单元的结果进行了对比。结果表明,本文算法有效提高了姿态估计准确性与估计精度,具有较好的性能。