卫星姿控系统是完成卫星控制的关键分系统，在轨运行期间，发生故障的几率很大。为确保卫星的安全稳定运行，有必要研究卫星姿控系统的故障诊断问题。本文采用基于定量模型的方法对姿控系统可能发生的故障进行了诊断研究。针对对地定向三轴稳定卫星，建立了其完整的姿控系统数学模型；并对可能发生故障的部件，包括飞轮、陀螺以及星敏感器，建立了相应的故障模型；在Matlab/simulink环境下，仿真分析了卫星在无故障和各种故障影响下的运行状态。对于卫星执行机构的故障，利用姿态动力学提供的冗余关系，设计了故障检测观测器，并仿真分析了故障检测观测器对于飞轮故障的检测能力；基于非线性未知输入观测器的解耦思想，设计了对于各轴上飞轮故障解耦的奉献观测器，实现了三个轴上飞轮的故障隔离，并通过仿真进行了验证分析。利用姿态运动学提供的冗余关系，设计了用于陀螺的故障检测观测器，并仿真分析了其有效性；基于非线性自适应观测器的原理，设计了用于陀螺诊断的奉献观测器，仿真结果表明，对于陀螺所发生的常值漂移故障，不仅可以分离故障轴陀螺，而且可以估计出漂移的严重程度。提出了基于观测器冗余的故障隔离策略，实现飞轮、陀螺、星敏感器的故障区分。从系统级的角度，设计了完整的卫星姿态控制系统故障诊断策略，通过故障检测和故障隔离两步，实现基于定量模型的卫星姿控系统故障诊断。