航天器这类大型系统的复杂性与实时诊断的需求是两个互相制约的问题。探求一种有效的智能化的航天器故障诊断方法，解决复杂系统故障诊断的分离算法计算量大、计算时间长等难题，能够实现航天器的自主化，保障航天器的高可靠、长寿命运行。本学位论文以国防“十五”预研项目（02413200204242）“卫星长寿命高可靠性技术”为研究背景，为提高日益复杂的航天器系统的故障诊断能力，研究了适合于航天器不同系统的层次诊断模型，并详细讨论了各层次模型的构建技术及诊断算法。　　系统地研究了结构抽象和行为抽象技术。充分利用航天器在组成单元上的天然分层结构，利用抽象技术建立层次诊断模型，实现复杂系统的结构简化。当已知系统的先验概率时，采用高效的拉格朗日松弛和启发式算法，并结合传播强度法来共同实现多故障诊断；当系统的先验概率未知时，提出用与系统领域相关的方程组成的约束集进行一致性分析的方法来进行诊断，并在诊断推理时引入定量知识，从而实现故障的精确定位。根据卫星热控系统的特点，提出把基于图论的故障诊断技术引入到结构抽象技术中来，构建了某卫星热控系统层次诊断模型。　　研究了基于功能单元的抽象技术，详细介绍了功能单元的描述及功能单元抽象的基本规则。深入探讨了用于诊断推理的三类基本定理，并提出了新颖的诊断推理策略，给出了诊断推理步骤。针对卫星电源系统具有某种流动介质或者可以称为一种广义流的特点，构建了某卫星电源系统的基于功能单元的层次诊断模型（SPS树）　　研究了以系统辨识为工具进行行为抽象进而建立层次模型的建模技术。针对传统基于参数估计的故障诊断技术存在的弊端，提出了一种新诊断思路。详细地介绍了抽象树的建立准则，系统地研究了采用的行为抽象法-Box-Jenkins建模法所包含的四项基本技术，对其中的一项关键技术参数估计采用了一种新的不对称动态数据窗的方法。对某卫星进行了应用仿真。　　针对分布式应用对象，研究了一种基于语言抽象的分布式层次诊断模型。详细地介绍了规则语言的数学基础-语言和相关工具的定义。深入地研究了全局一致性的分布式诊断技术及多步分辨诊断（Multiresolution Diagnosis）的计算方法。提出了由下至上构建层次模型结构，由上至下进行分层计算的策略。建立了某卫星测控系统的分布式层次诊断模型。　　以“风云一号”卫星为应用背景，开发了卫星及诊断平台。论述了软件系统设计原则及基本设计思想，平台以层次模型故障诊断理论为基础，并结合模糊推理及专家系统诊断实现了三种方法的相互配合诊断。