随着2020年5月5日18时0分,长征五号B运载火箭的成功首飞,我国离成功建设自己的载人空间站又近了一步。航天技术和卫星技术的发展受到卫星本身及发射、维护成本的限制,航天新技术的应用必须通过地面仿真验证系统的重重验证,尤其是基于三轴气浮台构建的卫星地面全物理仿真系统,越来越受到航天领域研发人员的重视。三轴气浮台是卫星地面全物理仿真系统的核心装备,三轴气浮台依靠气浮球轴承浮起时抵消重力,具有很小的摩擦力和摩擦力矩,用于模拟卫星在轨运行时特殊的微干扰动力学环境。三轴气浮台的转动惯量、姿态控制以及质心调平衡是卫星地面全物理仿真系统能够正常开展试验工作的关键技术,本文围绕上述几个关键问题开展研究,对于卫星地面全物理仿真系统的研发具有重要的研究意义和实用价值。首先,总结了目前国内外在三轴气浮台研究、转动惯量测量、姿态控制和质心调平衡的发展和研究现状,分析了世界上的研究人员在卫星地面全物理仿真系统领域的研究成果。然后通过方向余弦矩阵、欧拉角、四元数以及刚体的角动量定理分别建立了三轴气浮台的运动学方程和动力学方程。其次,在三轴气浮台动力学模型基础上,给出了三轴气浮台系统的待辨识的数学模型。通过建立三轴气浮台系统的Simulink仿真模型,输出光纤陀螺和反作用飞轮的角速度,并分别给出了基于一般最小二乘法和递推最小二乘法的系统辨识算法的三轴气浮台转动惯量辨识方法,通过数学仿真验证了本文方法的有效性。然后,研究了三轴气浮台的姿态控制问题。在建立的气浮台动力学方程基础上,给出了基于经典的PID控制算法的三轴气浮台姿态控制方法,并通过数学仿真分析了其性能。考虑到三轴气浮台实际运行中可能遇到的干扰,设计了三轴气浮台混合灵敏度的H∞控制算法并进行了数学仿真,提高了姿态控制的控制性能和系统的鲁棒性。最后,研究了三轴气浮台的平衡调节问题。提出了基于递归最小二乘法辨识重力偏心力矩的调平衡算法,通过在线辨识三轴气浮台重力偏心矩,控制直线模组的滑块移动,达到自动调平衡的目的。并给出了基于飞轮角速度变化曲线的调平衡算法,根据飞轮角速度曲线的上升或下降斜率,从而间接获取气浮台的重力偏心矩,也能够达到自动调平衡的目的。最后通过仿真验证了方法的有效性。