随着人类探索浩瀚宇宙的进程不断加快,空间任务的复杂度也随之加剧,多卫星近距离构成星群完成在轨任务已经成为航天领域开展研究的热点。由于在轨空间任务的复杂和任务周期长,单颗卫星或编队卫星的机动性不能够很好的满足需求,随之星群(Satellite Clusters)概念一经提出就受到国内外各个航天界科研人员及专家的广泛关注和研究,成为国防和航天科学任务的研究焦点。星群具有任务响应快速、灵活性高、在轨构型重组迅速和自主生存能力强等优点,与传统的卫星编队不同的是,其在轨能够保持长期自主运行且成员星保持在特定的空间区域内,不限制各成员星间的相对位置和距离,也不需要保持固定的空间构型。因此,星群需要具备长期自主运行轨道优化、长期自主轨道保持、长期自主碰撞规避、长期自主故障处理和寿命优化等自主生存能力。星群自主生存技术就是基于以上的在轨安全问题而提出的,基于该研究背景下,本文开展研究的主要内容由以下几方面构成:利用空间坐标系的定义及转换对星群在轨碰撞可能区间的相对运动进行动力学模型的建立和描述,研究成员星间的相对运动和碰撞可能时间段的估计。首先选取和定义了相关的坐标系,并对星群各坐标系之间的转换进行详细阐述;由于星群在轨运行的相应状态需要使用六个参数来确定,进而对成员星的轨道根数进行描述;对星群各成员星的在轨相对运动状态进行动力学建模和分析,并给出星群各成员星间在轨飞行的相对动力学模型和方程;对各成员星进行相对运动的描述,给出成员星间的相对运动的位置和速度表达式;对成员星碰撞可能时间区间进行估计,作为碰撞概率计算和机动规避的依据。针对星群在轨自主运行安全问题,对位置不确定性的成员星可能存在的碰撞进行研究。首先在碰撞可能发生的区域进行成员星间包络椭球体相遇模型的建立,并给出该相遇模型的数学描述;利用空间位置误差椭球体概率密度函数进行碰撞概率计算,推导得到各时刻对应位置误差矢量落在封闭包络球体内的三维空间内的正态分布概率密度函数PDF,得到成员星可能发生碰撞的各时刻碰撞概率;最后,为简化碰撞概率的计算,对该计算方法进行了降维处理,提高了星群在轨执行任务的各成员星的碰撞概率计算的效率。由于星群在轨可能产生碰撞,基于以上对各成员星的在轨相对状态描述,对可能产生碰撞的区域内各成员星进行规避,给出三星星群和五星星群碰撞概率的计算结果分析以及规避策略的结果和分析。首先,针对星群近距离运行提出基于相对距离的碰撞规避策略,通过碰撞概率密度分布的梯度方向确定获取成员星在轨速度变化最快方向,利用成员星相对状态信息解析得到碰撞机动规避速度,对成员星可能产生的碰撞进行估计和机动规避;根据星群在轨的任务不同,其规模的大小也不确定,以三星和五星规模的星群进行碰撞概率的计算并对可能产生碰撞区间的成员星进行机动规避,通过仿真验证了星群在轨自主运行碰撞规避策略的有效性。