随着人类航天技术的快速发展,近年来航天活动不断增加,随之而来的是近地空间在轨航天器的数量急剧攀升,围绕地球的轨道空间变得愈发拥挤。在如此拥挤的环境中飞行,航天器之间以及航天器和空间碎片发生碰撞的可能性都明显提高,因此对碰撞预警和规避机动问题的研究有了其重要意义。本文把航天器和空间目标的相对运动视为非线性运动,将测量系统测量状态量时带有的误差考虑在内,计算了航天器与空间目标的碰撞概率,并分析了碰撞概率的置信度,然后对规避机动的策略进行了研究。航天器的碰撞预警以及规避机动主要是对航天器与空间目标相对运动进行分析。在第一章主要介绍了国内外学者对航天器碰撞预警及规避机动策略的研究现状。第二章概述了解决问题的过程中涉及到的基础知识,推导了航天器与空间目标相对运动的动力学方程,将初始时刻的相对状态信息进行外推,对未来时刻的相对状态信息进行预报。第三章对测量误差随时间变化的公式进行推导,基于两者的相对状态信息构建碰撞概率模型,分别计算了航天器与空间目标的最大瞬时碰撞概率和拟最大瞬时碰撞概率,然后分析了测量误差的传播特性,对碰撞概率的置信度进行了初步研究。第四章在满足碰撞概率约束的前提下,以消耗能量最小为优化准则,对航天器规避碰撞的机动策略进行研究,运用控制量参数法和配点法把连续的最优控制问题离散化,然后分别对航天器进行机动的最优策略进行了求解,并将两种方法所得结果进行比较分析。通过选取算例进行数值仿真,对结果进行分析可以得知:当航天器与空间目标的相对速度较小,相对运动为非线性动时,拟最大瞬时碰撞概率可以替代最大碰撞概率,大大节省计算时间;航天器与空间目标的碰撞预警考虑到预测期望及分布,由于测量系统的误差,给定碰撞概率的区间可以更好地描述碰撞发生的可能性;当在满足碰撞概率约束的前提下,寻求航天器规避的最优策略时,控制量参数法比配点法更合理、方便。