卫星在空间的运动可以分为轨道运动和姿态运动,姿态运动是卫星姿态控制所研究的问题,卫星的姿态控制又可以分为姿态确定、姿态控制规律设计和执行机构三部分,姿态确定系统的精度是影响姿态控制的决定性因素,姿态控制规律的好坏也必将影响到姿态控制的精度,本文以某在研惯性定向卫星为研究对象进行姿态确定和姿态控制研究,主要完成了以下几个方面的工作:采用欧拉角和四元数建立了惯性定向卫星姿态运动学方程,根据刚体动量矩定理,建立了惯性定向刚体卫星姿态动力学方程。应用扩展卡尔曼滤波技术,推导了基于陀螺和星敏感器的姿态估计算法。主要包括,建立星敏感器和陀螺的数学模型,阐述了扩展卡尔曼滤波算法的原理,利用惯性定向卫星姿态运动学方程建立了以陀螺偏差和误差四元数为状态的姿态估计模型,对卫星的姿态进行了估计。在姿态确定的基础上,设计了以下三种控制规律:基于线性化姿态动力学模型的欧拉角反馈控制器;基于非线性姿态动力学,利用李亚普诺夫方法设计的四元数反馈控制器和欧拉角反馈控制器,利用稳定性理论证明了所设计的控制器都能使系统稳定。为进行姿态控制仿真分析,在Matlab 6.5环境下设计了姿态确定和姿态控制系统仿真软件,仿真结果显示这三种姿态控制器都能使卫星姿态达到预期目标。在上述研究结果的基础上,利用Visual C++编译环境,设计了可独立运行的三轴稳定卫星姿态控制系统仿真软件,该软件具有可视化、模块化、使用简便的特点,并且运行效果良好。