小卫星编队飞行是通过多颗小卫星协同飞行组成一个“虚拟大卫星”，依靠大的合成孔径和测量基线进行干涉测量，在完成单个大型空间飞行器功能的同时，大幅降低成本和风险，降低卫星故障对任务的影响。美国国家航天局(NASA)已把卫星编队飞行技术视为下一代可用的关键技术，将在电子侦察、立体成像，导航定位、卫星遥感等方面展示其重要作用。尽管小卫星编队飞行具有很多优点，但真正在功能和性能上发挥重要作用，还面临许多技术难题。本文重点针对小卫星编队飞行的高稳定构形设计和基于HLA的分布式编队飞行数字仿真开展了如下几方面的研究工作。首先，本文研究了编队飞行的相对动力学建模方法，着重讨论了数值积分法、C-W方程方法、Lawden方程方法、轨道要素差法、相对轨道要素法和参照轨道要素法等相对运动描述方法，并对每种描述方法的适用条件进行了说明和比较。其次，本文详细研究了卫星编队飞行构形设计，包括构形设计中的任务分析、构形选择、构形初始化、队形稳定性分析等。文中分析了几种常见的编队构形特点，并用基于C-W方程的初始化方法给出了每种典型编队的初始化条件，并分析了卫星按此初始化条件飞行的编队构形的稳定性。文中着重分析了C-W方程方法的局限性，一方面通过保留非线性项的方法修正C-W方程线性化带来的误差，另一方面对考虑J2项影响下编队构形稳定性进行分析，并用平均摄动法对C-W方程初始化条件进行优化，使得编队构形的稳定性得到了显著的提高。最后，本文介绍了HLA分布式仿真平台的特点，利用HLA的互操作性和可重用特点，搭建基于HLA的卫星编队飞行任务仿真框架，进行联邦成员的初步设计和建模。同时以三星编队微波立体成像和三星空间圆形编队数字仿真为例，进行编队飞行的分布式仿真分析。