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针对深空任务中探测器姿态确定问题，本文提出了一种基于视线矢量的快速最优姿态四元数估计算法。该方法从三维空间相对于四维空间的映射与包含关系出发，利用四维空间中其子集共轭类的概念，结合四元数的合成原理，得出矢量旋转中对应的最小角旋转四元数和最大角旋转四元数；利用四元数的正交约束，将最小角旋转四元数和最大角旋转四元数规范化，进而推导出一般意义下的参数化旋转四元数；将矢量旋转的参数化四元数带入到Wahba问题的代价函数中，根据函数极值原理，得出最小代价函数对应的最优姿态四元数。数值仿真表明，此算法的估计结果满足深空探测器姿态确定的精度要求。