近年来,随着人工智能与大数据技术的发展,卫星遥感图像的价值被进一步发掘,市场对于卫星图像的需求急剧增加。同时,航天产业商业化的发展使得卫星的研制成本与周期大大缩减。在此背景下,卫星大幅宽的遥感成像在观测效率与数据更新速度方面具有极大的优势,因此其具有重要的研究与应用价值,本文针对面向超幅宽成像任务的航天器编队构型设计与控制技术进行了研究。本文首先针对卫星编队对地超幅宽成像的问题,定义了超幅宽成像任务的概念。针对基本超幅宽成像的目标提出了钟摆式卫星编队的方案。之后,在此基础上进一步改进,设计了基于虚拟卫星编队的多模式超幅宽成像方案,并对其具体任务模式进行了阐述,最后分析了相应的编队控制性能要求,为后续章节的研究背景打下基础。其次,针对超幅宽编队的构型设计问题,以编队构型稳定为优化指标,设计了J2摄动下的编队构型维持燃料消耗指标。对于超幅宽的观测效果评估指标,研究了卫星编队成像幅宽覆盖率的数值近似计算方法。之后构建了钟摆式编队构型设计的多目标优化模型,采用NSGA-II算法得到编队构型的Pareto优化解集。仿真结果表明所提出的方法能够有效地完成超幅宽成像编队构型的设计,满足编队对地成像幅宽的预定要求。再次,针对局部集群卫星的重构方法,设计了基于C-W模型的编队重构燃料消耗指标。研究了引入碰撞概率指标的编队碰撞风险分层预警模型。在构建编队重构轨迹优化模型的基础上,设计了改进的自适应鸽群优化算法对重构轨迹规划进行求解。最后,对车轮式构型到串行构型的局部卫星重构轨迹规划进行了仿真分析,比较了不同优化算法的结果,验证了所提出算法的有效性。最后,针对局部卫星相对运动的轨迹跟踪控制问题,研究了基于相对偏心率/倾角矢量的相对运动预测模型。设计了轨迹跟踪性能指标函数与相应的二次规划控制模型,并在此基础上进一步研究了结合DQN算法优化的变参数轨迹跟踪控制器。实验结果表明,所设计的控制器具有良好的鲁棒性与普适性。