相对运动轨迹规划是实施航天器在轨服务、碎片清除与抵近侦察等空间任务的关键技术之一。在执行实际任务时,受导航、模型、机构执行等不确定性因素的影响,航天器相对运动轨迹将偏离预先规划的标称轨迹,对制导、控制系统提出更高要求,也容易造成更多的推进剂消耗。同时,随着空间碎片、微纳卫星等微小目标的日益增多,受空间目标探测手段能力限制,实施航天器相对运动的任务环境也充满不确定性。因此,如何在不确定性条件下开展航天器相对运动轨迹规划研究是一个值得研究的问题。本文围绕航天器相对运动的轨迹规划模型、可达域分析、稳健轨迹规划和在线轨迹规划等问题展开:（1）在给出相对运动动力学模型基础上,梳理了航天器相对运动任务约束条件,并在最优控制框架下建立了相对运动轨迹规划的一般模型,为后续研究不确定性条件下轨迹规划问题奠定基础。（2）针对终端时间固定的航天器最远可达距离问题,考虑两种推力模式,推导了最远可达距离的数学表达式,并通过数值仿真进行了验证。考虑初始状态不确定性,研究了椭圆参考轨道下航天器相对可达域包络的计算方法;进一步针对近圆参考轨道情形,给出了可达域包络的简化求解策略,并开展了数值仿真验证。（3）针对导航、状态等不确定性影响下的相对运动稳健轨迹规划问题,梳理了不确定性因素的主要来源,给出了相应的数学描述,运用基于广义多项式混沌理论的张量积配点法分析了不确定性对任务轨迹的影响,据此构建了任务轨迹稳健性指标,并在内层不确定性分析-外层多目标优化的稳健轨迹规划框架下,运用基于分解的多目标进化算法求解获得了稳健轨迹规划问题的Pareto前沿,分析了不同性能指标之间的关系,为工程设计提供参考。（4）针对障碍物信息不确定条件下的相对运动避碰轨迹规划问题,提出了基于模型预测控制的在线轨迹规划框架,并在离散化处理轨迹规划模型的基础上,运用旋转超平面方法将非线性碰撞避免约束转换为线性约束,提高了在线规划问题求解效率。考虑传统旋转超平面方法应用于多障碍物情形的不足,提出基于旋转时间窗口的改进策略,给出了旋转窗口的长度和位置确定方法;进一步提出三维避碰约束分解策略,将旋转超平面方法拓展应用于三维障碍物情形。以障碍物位置与大小不确定、障碍物发现时机不确定为例开展数值仿真,验证了所提出的在线规划方法的可行性与有效性。综上所述,论文针对不确定条件下的航天器相对运动轨迹规划问题,在相对运动可达域计算、基于多目标优化的稳健轨迹规划和基于模型预测控制的在线轨迹规划方法等方面取得了一些研究成果,可为降低不确定性对航天器相对运动的影响,提高相对运动任务实施的鲁棒性提供有益参考。