故障诊断技术对于确保航天器运行的安全性和可靠性至关重要,而基于模型的故障诊断技术是其中极为重要的技术分支。本学位论文以航天器电源分系统为应用背景,在理论和实践两个方面对基于模型的故障诊断技术及其在航天中的应用进行了系统的研究。在分析了基于模型诊断技术的诊断原理和发展状况的基础上,针对目前求解最小碰集过程中,存在的产生结点数目多、计算代价太大的问题,提出了一种改进的HS树法。改进方法用数字索引来引导树产生,规则测试次数少,具有简单实用、速度很快,计算代价更小的优点。系统地研究了系统模型的离散化描述方法,采用有限状态自主机方式来建立系统模型。为了寻找系统的当前状态,根据系统模型内部的状态转换,讨论了模型的状态追踪问题和优化约束满足问题。提出了利用系统冲突集来引导A*算法进行系统状态搜索的方法,并把基于冲突集的A*算法应用到卫星电源系统模型的故障诊断上,从多个方面对冲突A*算法的性能进行了比较分析。深入地研究了基于模型诊断中存在的不确定性问题。针对基于模型诊断方法处理不确定性和组件间的关联关系存在的问题,提出了把贝叶斯网络嵌入到模型诊断框架中的方法。该方法利用系统观测量,构建了系统的贝叶斯网络观测模型,研究了模型内组件间耦合关系的推理。通过构造卫星两轴姿态控制系统的贝叶斯网络观测模型,计算系统诊断解的后验概率,验证了该方法的有效性。系统地研究了基于反面选择算法的故障检测方法。针对基于模型诊断方法在组件故障状态难以建模时存在的快速故障检测问题,研究基于反面选择算法的检测方法。该方法的基本思想是,采用能够检测未知故障的反面选择算法,并对不合格检测器进行变异,构建了产生优良检测器的算法。最后以实际工程应用为背景,开发研制了基于模型的某型卫星电源分系统的故障诊断原型系统。分析了系统开发的设计原则,研究了卫星故障诊断融合策略,建立了卫星电源分系统的定性模型。