基于四元数的INS非线性误差模型

本文探讨了基于四元数的惯性导航系统（INS）非线性误差模型的构建与优化。针对传统模型中存在的统一坐标系问题，提出一种改进的非线性误差模型，并通过三种独立推导方法验证其等效性与合理性。研究表明，该模型在避免欧拉角奇异性与旋转顺序问题方面具有显著优势，适用于高精度组合导航场景。结合实地测试，对比分析了基于欧拉角与四元数的各类非线性基本模型与误差模型的性能差异。结果显示，基于反馈结构的误差模型更适合长时间导航与控制任务，而基本模型在初始对准速度上表现更优。此外，四元数模型在滤波精度与鲁棒性方面优于欧拉角模型，尤其在偏航估计中表现突出。研究还发现，初始协方差设置对滤波收敛性影响显著，基于四元数的误差模型对初始值敏感度更低，具备更强的工程实用性。本工作为INS误差建模提供了理论支持，并推动了其在无人系统、机器人及智能驾驶等领域的应用发展。