星敏感器是一种矢量姿态敏感器,因其指向精度高、无姿态累积误差、快速的故障恢复能力和智能化而受到人们的青睐.该文以选用星敏感器和陀螺作为基本配置(称为星光—陀螺模式)组成的三轴稳定卫星姿态测量系统为对象,针对星光—陀螺模式和无陀螺两种模式,对基于矢量观测信息估计卫星三轴姿态的多种滤波技术方案进行了设计与研究.该文首先在分析了惯性基准和星敏感器的测量原理及TRIAD处理观测数据的方法的基础上,采用四元素描述卫星姿态,利用扩展卡尔曼滤波算法处理由星敏感器提供矢量观测信息,分别推导了有陀螺和无陀螺两种情况下的姿态确定算法,并分别通过数学仿真验证了两种姿态确定算法的良好滤波性能,通过仿真测试得到了验证.其次,为了满足无陀螺情况下卫星姿态控制系统的高频角速率更新要求,对不需要进行星图识别的角速度快速估计算法进行了研究.采用四元数作为惯性姿态描述参数,针对无陀螺方案研究了两种无陀螺快速估计算法.第一种方法基于扩展卡尔曼滤波技术,对其进行推导及仿真验证.为了改善收敛性能,提出了第二种基于Unscented变换的方法,无陀螺的Unscented卡尔曼滤波算法能够给出更精确的均值和协方差的估计,从而带来更快地收敛.最后,为了进一步提高姿态和姿态角速度确定精度,提出了两种基于星敏感器快速估计的校正算法.第一种算法针对陀螺精度较低的情况下,应用星敏感器快速估计对陀螺进行快速校正,不需进行星图识别;第二种算法针对陀螺相关漂移值突然增大情况下,为了降低陀螺漂移对估计器的影响,采用了加权取值,使得相关漂移偏差加快收敛.