编队卫星技术是现代航天技术发展的一个前沿方向。而编队中卫星之间的碰撞规避问题是一个待解决的重要难题。本文以编队卫星为研究对象,针对编队卫星星间相对运动描述、相对轨道自主确定和防碰撞规避三个方面进行研究,并通过数学仿真对其进行验证。采用Hill方程及其修正方法、轨道根数法和精确模型法对编队卫星进行相对运动的描述,对前两种方法进行了公式推导,并对模型结果产生误差的原因进行分析。对星间的测量方案进行分析比较,提出“无线电+激光”的高精度星间基线组合测量方案。使用EKF和UKF滤波算法进行编队卫星的相对轨道的自主确定,通过仿真进行了算法精度的比较。针对测量序列中存在野值的情况,设计出基于残差正交性的容错滤波器,实现对野值的剔除及在线修正,保证滤波器具有较强的鲁棒性、稳定性和精度。针对仅进行距离测量的系统,使用条件数对系统进行能观测性分析,得出此时系统是不可完全被观测的,其中状态变量y ,y是不可观测的。针对编队构形调整时,激光设备不可用,常规EKF和UKF在达到稳态时将丧失对突变状态跟踪的情况,仅采用无线进行相对距离、多普勒频率和径向速度的测量,使用强跟踪UKF滤波器完成此过程的相对轨道自主确定。采用Hill方程为动力学模型,以滤波得到的相对轨道信息估计值作为反馈量,进行防碰撞的规避研究。针对构型调整和构形失效重组两种发生碰撞可能性最大的工况,采用数学规划的方法,以燃料消耗最小为性能指标,以防止碰撞、动力学模型、发动机推力极限作为约束条件,进行防碰撞规避准则、规避策略和控制方面的研究。特别对无径向推力的情况与全向推力的情况进行了分析比较:无径向推力时也可以完成路径的规划与控制,只是消耗的燃料要多。