作为现代航天高新技术的新发展方向，卫星编队飞行在空间应用领域日益显示出巨大的发展潜力。通过卫星间的协同工作，使运行于相邻轨道上的卫星按照有规律空间分布特征的构型运行，组成一个虚拟仪器，同一时刻对同一地面或空间目标进行多点观测，可以获得传统航天观测方法不能得到的大量信息。椭圆轨道编队飞行比圆轨道编队飞行更具有一般性，其运动学行为更复杂，在空间物理场多点同时测量方面有着良好的应用前景。在多个课题的支持下，本论文对椭圆轨道卫星编队构型设计与姿态协同控制技术进行研究，具体研究工作包括：（1）针对椭圆轨道编队飞行相对运动关系，推导了非线性方程、Lawden方程、T-H方程、轨道根数差描述方程四种不同的动力学模型。分析了相对运动的特点，以及J2项摄动对编队构型的影响。通过理论分析和数值仿真验证了Lawden方程、T-H方程和轨道根数差描述方程是等价关系。（2）根据椭圆轨道编队飞行相对运动特点，采用了八个参数描述编队构型。设计了跟飞编队、水平面椭圆编队、水平直线编队、轨道面圆编队四种典型的编队构型。针对MMS任务，采用分段优化方法设计了四面体编队构型。（3）对编队协同中的姿态确定方法和姿态协同控制进行了研究。根据姿态旋转几何关系，在线性姿态确定方法的基础上，引入历史数据以提高精度，提出了加权递归线性姿态确定算法。建立了姿态跟踪调节器方程，基于快速终端滑动模态方法设计了姿态协同快速跟踪控制器。本论文的主要创新点体现在以下两个方面：（1）验证了Lawden方程、T-H方程和轨道根数差描述方程是等价关系，并建立了轨道根数差和T-H变量之间的相互转换关系；（2）通过引入历史测量数据和权重因子，推导了加权递归线性姿态估计算法，该算法的估计精度远高于非递归算法。