当发动机推力较小时,脉冲假设会产生比较大的误差,此时研究小推力假设下的轨道机动问题是有必要的和有意义的。然而连续小推力作用下的轨道机动问题相当复杂。小推力轨迹模型的非线性较强,直接以解析解的形式求出运动轨迹十分困难,极大地增加了空间任务的挑战性。为了能够快速甚至实时地得到满足约束条件的最优或次优轨迹,本文应用逆动力学,研究了基于高阶多项式的连续小推力航天器轨迹优化和交会制导方法。论文主要研究结果如下:提出了基于逆动力学的小推力航天器交会轨迹快速优化模型,实现了任务设计阶段交会轨迹的快速离线设计。1)简要介绍了hp自适应Radau伪谱法的基本原理,建立了基于hp-RPM的自主交会轨迹优化模型;2)引进逆动力学,建立了基于高阶多项式的交会轨迹快速优化模型;3)以最小燃料消耗为指标,以多项式系数为优化变量,利用序列二次规划算法对连续小推力航天器交会轨迹进行优化。仿真结果表明,该方法在保证燃料消耗相比于hp-RPM仅有少量增加且计算精度足够高的前提下,大幅度提升计算速度。提出了逆动力学标称交会闭环制导方法,实现了基于交会雷达相对导航滤波的偏差交会闭环制导。1)设计了基于逆动力学的小推力航天器交会闭环制导方法,并进行了仿真验证。结果表明,该方法计算效率非常高,每次计算耗时都在1s以内;2)考虑实际交会过程中的偏差因素,设计了基于交会雷达观测量的相对导航扩展卡尔曼滤波器,提出了基于逆动力学的偏差交会闭环制导方法。从仿真结果可以看出,该方法具有较高的终端控制精度和相对导航精度。3)对基于逆动力学的偏差交会闭环制导方法的Monte Carlo过程进行简单建模。仿真结果表明,该方法具有较高的终端控制精度和导航精度。研究了基于逆动力学的避障交会轨迹优化,提出了自适应避障交会轨迹优化方法。1)建立了避障约束处理模型,实现了基于逆动力学的避障交会轨迹快速设计。若以不考虑碰撞避免约束时的设计变量收敛解为避障轨迹优化初值,可以快速生成可行的最优交会轨迹,并且算法计算速度快,稳定性较高。2)对避障约束处理模型进行改进,实现约束离散点的自适应划分,建立了自适应避障交会轨迹优化模型。3)分别针对单障碍物和多障碍物的情况进行了仿真试验,结果表明约束改进处理之后的算法能够得到满足碰撞避免约束的轨迹,且算法的计算效率相较于未改进前进一步提高。与单障碍物的情况相比,多障碍物的情况需要处理的有效约束个数增多,计算时间有所增加。随着电推进技术的进步,小推力轨道在未来的航天任务中的应用将会日益广泛。本文以此为背景,从任务需求角度出发,基于逆动力学研究了利用连续小推力技术实现轨迹快速设计和交会实时制导方法,文中得到的一些结论具有一定的参考价值。