空间光学遥感应用是空间应用中最重要的领域。我国规划在2020年完成建造的载人航天器上，也将搭载一台大型光学载荷，进行对地对天的空间观测研究。光学载荷的光轴指向精度是光学载荷观测时的重要技术指标，因此有效提高光学载荷的姿态确定精度就尤为重要。目前航天器的姿态确定系统多采用星敏感器、陀螺仪等测量航天器的姿态，但这种多是三轴对地稳定系统，且精度较低，不能满足大型光学载荷的指向精度要求。本文针对空间大型光学载荷，设计基于空间机械臂的姿态确定系统，为提高其姿态确定精度提供一种新的方案。本论文的主要工作内容如下:　　首先，通过文献调研，考察目前国内外空间望远镜、空间机械臂和姿态确定系统的研究现状，为本论文的基于机械臂的光学载荷的姿态确定研究提供参考和借鉴。　　其次，建立一般航天器的姿态运动学与动力学模型。主要包括坐标系的建立，姿态描述方法的选取，运动学方程和动力学方程的建立等。　　再者，针对空间三轴机械臂，研究空间机械臂的运动学和动力学特性。建立空间三轴机械臂的D-H坐标系，确定机械臂坐标参数，推导机械臂各坐标系间齐次转换矩阵;推导出机械臂的运动学方程并研究其正运动学、逆运动学问题;使用递推法推导出机械臂末端的速度和加速度公式;利用第二类拉格朗日方程建立机械臂的动力学方程，并仿真验证其动力学特性。　　最后，针对空间大型光学载荷的姿态确定问题，设计了基于空间机械臂和星敏感器及光纤陀螺的姿态确定方案。提出由空间机械臂末端固连大型光学载荷并安装在空间站上，以空间三轴机械臂控制大型光学载荷的指向定位，完成对光学载荷的粗级稳像控制。联合空间机械臂和星敏感器及光纤陀螺的测量信息，采用联邦滤波的姿态算法，对姿态确定精度进行了仿真验证。　　综上所述，本文主要讨论的是空间机械臂的运动学和动力学特性，针对基于空间机械臂的大型光学载荷的姿态确定系统进行了仿真研究，为空间大型光学相机提供了一种高精度姿态确定方案。