针对三轴稳定卫星的姿态估计问题,本文研究了“陀螺+磁强计”、“陀螺+星敏感器”两种姿态确定方案。基于卡尔曼滤波“预测-更新”结构,分别设计了Unscented卡尔曼滤波器(Unscented kalman filter,UKF)和推广卡尔曼滤波器(Extended kalman filter,EKF),并对二者的滤波性能进行了比较。在设计UKF过程中,使用修正罗德里格参数表示姿态偏差。计算预测估计主要思想是以Unscented变换为基础,首先采用Chelosky方法对状态误差方差阵分解求得西格马点,直接代入非线性方程中进行时间更新,再通过算术加权平均即可得状态估计和观测估计。在设计EKF过程中,使用误差四元数表示姿态角偏差。状态估计的主要思想是采用泰勒展开和一阶线性近似对非线性方程逼近;观测估计算是将预测状态估计代入到非线性模型中进行时间更新得到的。将状态估计和观测估计代入线性化后的系统中,采用卡尔曼滤波即可得姿态偏差估计。通过对照两种滤波器的算法结构可得:UKF直接使用非线性模型进行姿态偏差估计,精度和收敛速度优于EKF。以某对地三轴稳定卫星为例,仿真计算了UKF和EKF的姿态估计初值和滤波时间对精度、稳定性、收敛速度的影响。仿真结果表明,UKF计算量和EKF相当,但收敛阶段的离散程度小,速度快;在初值存在较大偏差的情况下,UKF的性能更加突出。