随着技术的进步，空间系统的功能越来越强大，将所有功能都在同一平台上完成，势必造成系统结构越来越复杂，继而提高系统的成本，同时也增加了任务的风险。受地面计算机网络技术发展的启发，人们提出了“卫星编队飞行”的概念。在卫星编队飞行中，星星跟踪是一个热点问题，近年来国内外对此问题的研究取得了一定的成果。星星跟踪是指追踪星的跟瞄系统指向目标星以及追踪星跟踪目标星轨道坐标系。本文在此基础上，针对追踪星分别设计了姿态确定算法和姿态控制算法。　　首先，介绍了几种常用的卫星姿态描述参数。考虑到修正罗德里格参数(MRP)可以实现一种全局非奇异姿态描述，本文建立了基于MRP描述的卫星姿态运动学和姿态动力学方程。　　其次，针对星星跟踪的姿态确定问题，设计了基于Unscented卡尔曼滤波(UKF)的追踪星姿态估计算法。直接利用非线性模型，通过Unscented变换(UT)，UKF能够更精确地描述系统状态的概率分布。较之传统的扩展卡尔曼滤波器(EKF)，它不仅提高了滤波精度，简化了计算过程，减少了计算量，而且更易于实现。定义MRP描述的误差为从估计姿态到真实姿态的旋转，根据误差姿态运动学方程，实现了 UKF姿态估计算法，并且基于MRP描述的姿态估计算法避免了由于四元数需要归一化而导致的协方差阵的奇异问题。通过仿真验证了该算法的有效性。　　最后，由于卫星模型的不确定性以及空间各种干扰力矩的存在，卫星姿态跟踪存在着一定的误差，为了提高追踪星的跟踪精度，本文设计了工程上实用的滑模控制器。对于追踪星跟踪观测目标星，本文采取了根据轨道信息确定期望姿态的方式，采用基于MRP描述的反馈控制，设计滑模控制器实现对目标姿态的动态跟踪。对于追踪星跟踪目标星轨道系问题(即追踪星的本体坐标系与目标星的轨道坐标系平行)，同样采取根据轨道信息确定期望姿态的方式，以误差MRP和误差角速度作为反馈量，设计基于相对姿态动力学方程的滑模控制器，并通过Lyapunov稳定性原理证明了系统的渐近稳定性。两种滑模控制器都采用反正切函数代替符号函数来减小系统抖振。最后对设计的两种控制器进行了仿真研究。