近年来微小卫星发展迅猛,如何利用微小卫星搭载的测量组件得到高精度的卫星姿态信息成为研究的热点。星敏感器作为目前精度最高的姿态测量仪器之一,已经能够在微小卫星上搭载。本文以微小卫星在近地轨道执行任务为背景,采用基于星敏感器测量和基于星敏感器/陀螺仪组合测量的卫星姿态确定两种方案,系统研究了微小卫星姿态确定算法。首先深入研究了描述卫星姿态的几种方法,并且对比分析了它们各自的优缺点和应用场景;研究了星敏感器和陀螺仪的工作原理,并且推导和建立了测量方程,为后续研究提供理论基础。其次,针对TRIAD算法非最优和矢量不对称的问题,采用仅星敏感器测量的卫星姿态确定方案,提出了一种基于加权矢量的和与差的改进TRIAD算法,将原始观测矢量和参考矢量加权后分别作和、差,作为新的观测矢量和参考矢量。将其与TRIAD算法和两种传统优化算法进行了对比,从理论上和仿真试验两个角度,证明了改进TRIAD算法的优越性。然后,针对改进TRIAD算法只能使用两个观测矢量,无法处理多矢量进行卫星定姿的问题,推导和分析了q-方法和基于q-方法的QUEST算法和ESOQ2算法。针对这些算法无法判断姿态四元数正负这个共性问题,本文提出了一种改进的q-方法,利用幂法求解特征向量的原理,改进了特征向量的求解过程,可以输出连续的最优四元数。对上述算法从快速性和定姿精度两方面进行了仿真试验对比,验证了改进q-方法的可行性和有效性。最后,采用星敏感器/陀螺仪组合卫星姿态确定方案。详细分析了基于扩展卡尔曼滤波的星敏感器/陀螺仪组合定姿系统的模型和算法流程。针对其易发散的问题,本文提出了一种基于改进q-方法的两步最优估计算法。利用可以输出连续四元数的改进q-方法先对星敏感器观测矢量进行处理,再将计算得到的四元数作为卡尔曼滤波器的量测数据进行滤波。并进行仿真和结果分析,验证了上述算法的有效性和可行性。