近地小行星探测是为揭示太阳系起源、演化及组成而开展的深空探测活动。由于近地小行星中存在着一类对地球安全具有潜在威胁的小行星,近地小行星探测和轨道偏转技术成为近年来的研究热点。在执行近地小行星探测及偏转任务时,目标小行星的轨道确定和探测卫星的自主导航与控制是其技术关键。由于小行星的物理特性无法精确获取,导致小行星附近的动力学环境无法确定,从而给卫星的导航和控制带来挑战,精确的自主导航方法与控制策略对任务成败起着至关重要的作用。本文针对近地小行星近距离卫星编队的自主导航与构形控制问题开展研究,主要研究成果如下:提出一种融合星间相对观测信息的卫星编队多传感器组合自主导航方法。建立小行星-卫星编队相对运动的动力学模型。构建一种改进的“小行星成像/距离+星间距离”观测模型,将星间距离观测信息与卫星观测小行星的导航信息组合。基于EKF滤波算法,估计编队中卫星相对于小行星的位置和速度。研究结果表明,加入星间距离测量信息可以提高导航精度,改善导航系统性能。针对近地小行星绕飞卫星编队的相对导航问题设计自主导航方案,提出引入星间位置矢量测量的协作导航方案。构建目标小行星表面特征点相对卫星的三维位置矢量观测模型。同时,在导航系统观测模型中引入星间三维位置观测矢量,将不同观测量组合构成四种导航方案,包括:两种无星间观测信息的非协作导航方案和两种包含星间观测信息的协作导航方案。基于UKF滤波算法进行仿真对比分析,表明协作导航方案导航精度高、导航系统性能更优。分析了导航系统对观测误差和过程噪声的敏感度和鲁棒性,结果表明协作导航方案提高了导航系统的鲁棒性,降低了导航系统对噪声的敏感度。针对相对慢自旋近地小行星近距离运行的卫星编队,提出了编队自主轨道确定与控制方法。考虑目标小行星的重力引力及摄动力、太阳引力、太阳光辐射压力等各种干扰因素的影响,建立包含上述干扰项的复杂动力学模型。基于李雅普诺夫稳定性理论设计控制律,并将其引入滤波估计状态量,实现对卫星轨道的实时控制。基于UKF滤波算法设计导航滤波器,仿真验证了该方法的有效性和正确性。将编队中卫星数目由两颗扩展至四颗,针对导航系统可能存在的信息冗余问题和传感器失效问题,提出高精度半协作导航方案,仿真结果表明,半协作导航方案导航精度有所提高,局部传感器失效不会降低系统的导航精度。提出了近地小行星绝对轨道确定方法。研究将星上导航信息与地面观测信息融合的方法,同时估计小行星和编队中卫星的绝对轨道,实现小行星高精度绝对轨道确定。针对当地球自转导致地面观测信息短暂失效的情形,在观测模型中引入多普勒测速仪观测卫星沿太阳视线矢量方向的速度信息。仿真结果表明,该方法能够实现小行星实时高精度轨道确定。研究基于循环追踪算法的卫星编队构形控制方法及其在小行星探测中的应用。针对圆轨道编队构形重构任务,设计了绕飞平面内采用非线性循环追踪控制、绕飞面法向采用基于模糊控制思想的分段比例微分控制器联合控制方法。针对椭圆轨道卫星编队的构形控制问题,以小行星近距离绕飞卫星编队为研究对象,设计了循环追踪协同控制策略,有效抑制卫星在小行星摄动力影响下产生的轨道漂移,实现编队按照期望构形运行。本文研究了执行不同任务的近地小行星近距离卫星编队自主导航与构形控制方法,为解决近地小行星探测及轨道偏转任务中卫星编队导航与控制关键问题提供新思路和新方法,符合当前空间探索的发展趋势,对我国进一步开展小行星探测活动具有重要的现实意义。