本文以在椭圆轨道运行的双航天器编队为研究对象,分析航天器近距离相对运动的周期性条件,并在此基础上研究周期相对运动轨迹的空间几何特性和其在坐标平面的投影轨迹特性,进而讨论绕飞编队构型的设计,研究伴星由主星释放到进入绕飞轨道完成编队初始化过程的最优控制问题。首先,选取合适的坐标系,依据地球引力场内基本二体运动方程,推导了描述近距离相对运动的精度较高的时域动力学模型,为便于求解,将该模型转化到角域,最终得到椭圆轨道相对运动的解析解。之后,在得到的解析解的基础上研究周期相对运动的必要性条件,并进一步分析椭圆轨道周期相对运动轨迹的几何性质。通过变量变换的方式,将较复杂形式的周期解析解代数化,设计出四种几何形状规则的编队构型;考虑绕飞运动的定义,设计出一种较规则的绕飞编队构型。然后,以该绕飞构型为期望相对轨道,研究伴星由主星释放进入绕飞轨道完成编队初始化过程的最优控制问题。在建立基本的最优控制模型的基础上,详细分析初始化过程所受的各种约束,特别提出了一种主星CCD相机对伴星观测的视场约束,并完成对它们的数学建模,最后讨论并选取高斯伪谱法方法求解该问题。最后,以能量消耗最少为控制性能指标,对绕飞构型初始化最优控制问题进行了数值求解,得到最佳的释放轨迹和全过程应施加的最优控制力;同时,对释放轨迹和最优控制力在不同约束条件下的变化情况也作了研究,基于数值仿真结果,讨论了控制性能对一些重要参数的敏感性程度。