随着科技进步和社会发展，航天事业作为国家实力的象征，越来越受到人们的关注。卫星姿态系统作为卫星至关重要的子系统，由于空间中特殊环境和因素，发生故障几率很高。而且常常是很致命的，为了有效减少和杜绝安全隐患，保证卫星在轨正常工作，提高航天器可靠性，本文研究了几种合适的故障诊断方法。本文的研究工作具体体现在如下几方面：首先，经过大量调研，介绍了故障诊断相关概念、方法及研究意义，分析了国内外研究的现状。其次，根据卫星姿态控制原理框图搭建系统仿真模型，用以获得故障诊断所需样本数据。并分析关键部件的数学模型、故障的类型特点以及难点所在。为下文要讨论分析的故障诊断算法做铺垫。然后，针对单冗余度的陀螺敏感器，利用星敏输出的姿态四元数，根据动力学方程与陀螺角速度的映射关系，去获得陀螺角速度估计值，然后采用卡尔曼滤波法，估计值与真实值对比获得残差，采取序贯概率比的方法，最后用似然比进行故障判定，并对该方法加以改进。由于项目需求，又根据陀螺敏感器含有多轴测量角速度数据的特点，选用了偏最小二乘法这种多变量统计方法。该方法偏重于输入的解释预测作用，可以较好地去除噪声等干扰，所建PLS模型鲁棒性强，既能降维又能克服共线性。通过SPE统计指标对过程进行监测，并提出了基于权重的关联故障检测因数指标，实现了对多种故障类型组合的故障诊断与定位。最后，针对小波时频域较好的局部化特性的优势，能够很好的检测正常信号的突变情况，实现精准的故障定位，本文将其应用到了星敏的故障诊断上，无需进行建模。又结合信息熵可以刻画信号能量变化趋势的特性，将二者进行合理的结合，可以收到较好的诊断效果。