姿态参数是卫星正常运行的关键参数,卫星的控制水平直接受其姿态确定精度的制约,而卫星姿态确定的精度受采用的确定算法和敏感器性能影响。本文便是针对星敏感器和陀螺组合这一卫星姿态确定系统中的主流配置模型,围绕卫星姿态确定的非线性滤波算法展开研究。对影响姿态确定精度的因素进行了细致的分析和探究,在前人的基础上进行算法改进,并进行了数学和半物理仿真实验。全文的主要内容如下:首先,介绍了卫星姿态确定的相关理论基础、常用坐标系,建立了基于欧拉角和四元数描述方式的姿态运动方程,并根据敏感器的工作原理建立了对应的测量模型。然后基于四元数建立卫星姿态确定相关系统方程,设计了基于EKF算法的卫星定姿流程,结合数学仿真分析了卫星敏感器量测偏差、输出频率等多种参数对定姿精度的影响。其次,针对系统模型建立失准,相关参数的先验数学统计特性失配的问题,在UKF算法的基础上提出一种改进的自适应UKF滤波算法(AUKF),该算法引入自适应矩阵,结合残差协方差匹配理论对量测噪声协方差矩阵进行调整,并依据建立的滤波发散判别准则,对系统噪声协方差矩阵自适应修正,抑制滤波过程中可能的发散情形。最后,研究了基于PXI实时仿真平台搭建地面半物理实时仿真系统,以Matlab、Lab VIEW等软件为开发环境,进行姿态控制仿真模型、实时环境配置程序、遥测遥控程序的开发工作。使用该仿真系统进行了前文姿态确定算法的仿真实验,验证了卫星姿态确定半物理仿真系统的正确性。