卫星编队飞行是空间技术领域的一个创新，代表了空间系统发展的一个重要方向。本文选择卫星编队飞行作为研究对象，研究了编队卫星间的相对运动描述、卫星编队稳定的条件及稳定相对运动的改进描述、摄动引起的稳定编队模型的修正、编队队形的保持以及队形机动等问题，并且进行了数值仿真验证。　　编队卫星间的相对运动描述研究。首先介绍了相对运动的四种描述方程：Hill方程及其改进方程、T-H方程和轨道根数描述方程。然后分别对圆参考轨道和椭圆参考轨道两种情况下的相对运动的特点进行了分析，得到如下结论：圆参考轨道的稳定编队构形是规则曲线——椭圆，而椭圆参考轨道的稳定相对运动轨迹是不规则的闭合空间曲线。最后通过数值仿真算例对相对运动的四个描述方程进行了误差分析，并且按自主性（是否需要输入）、是否存在长期误差、适用范围等进行了总结。　　编队的稳定条件及稳定相对运动的改进描述研究。采用轨道半长轴的一阶展开形式把轨道根数描述的稳定绕飞条件与相对状态描述的稳定绕飞条件联系起来。在此基础上增加半长轴的展开项数并保留二阶项，建立了相对状态描述的二阶精度的稳定绕飞条件。当满足二阶精度的稳定绕飞条件时，原来的相对运动描述方程是发散的。为了解决该问题，在原来的描述方程上增加一个修正项，建立了描述稳定相对运动的改进Hill方程和改进T-H方程。最后分别进行了数值仿真，仿真结果表明二阶稳定绕飞条件是准确的、有效的，改进描述方程可以更准确的描述相应的稳定相对运动。　　轨道摄动对圆参考轨道编队的影响研究。分析了各种摄动对低轨卫星编队的影响，得出对低轨卫星编队影响最大的摄动源是地球形状的二阶带谐项。地球中心引力项的二阶项及高阶项也影响相对位置描述精度。通过比较摄动加速度，发现编队距离在0.97km11.48km～范围内，地球中心引力的二阶项与J2项所产生的摄动加速度具有可比性。为了减少J2项和二阶中心引力项对卫星编队的影响，在原微分方程基础上增加上面两种误差的修正项，建立了针对这两种摄动的修正方程。最后通过数值仿真验证了该修正方程的有效性。　　卫星编队的队形保持与控制研究。针对圆参考轨道卫星编队误差模型为常系数线性模型，首先把模型简化为双积分模型，设计了燃料最优控制器，然后考虑模型误差和摄动影响，在燃料最优控制基础上增加最小加速度控制组成联合控制器——改进燃料最优控制。为了充分利用J2对编队队形的积极作用，而设计了改进LQR控制，通过利用J2摄动力减小控制力，能够进一步节省燃料。针对椭圆参考轨道的卫星编队队形保持是时变模型，采用基于T-S模糊模型的控制方法，既保证了系统的大范围渐近稳定，又具有很好的性能。数值仿真结果表明基于T-S模型的控制方法与已有的控制器相比，在相同的控制精度情况下，更节省燃料。　　卫星编队的队形机动研究。针对目前稳定队形的描述多采用六参数描述存在冗余问题，采用四参数描述消除冗余。针对卫星编队队形机动与单星机动的不同，增加考虑编队成员机动过程中的防止碰撞约束，设计了带有防碰撞约束的、燃料消耗最少的双脉冲开环控制。针对卫星编队成员末状态不确定的队形机动问题，设计了三脉冲控制器：首先通过一次脉冲进行平面的旋转，使得编队卫星都位于期望的平面内；然后在该平面内，遵循整个编队机动燃料消耗最少的原则，确定每个编队成员的末状态；最后在防碰撞的约束下，确定平面内机动路径，整个机动过程是三脉冲开环控制。数值仿真结果表明，三脉冲控制方法可以有效实现卫星编队的队形机动。