该文立足于最大限度地利用航天器的自然轨道特征,而非通过不断消耗燃料的方法实现航天器群的编队飞行.航天器编队飞行实质上对于航天器群的相对运动提出了一定的约束条件,因此充分地研究两航天器之间的相对运动是进行航天器编队设计的理论基础.然而,这一理论基础与航天器编队飞行所需结论之间仍存在很远的距离.该文在航天器相对运动的理论基础上,通过解析分析的方法研究了航天器编队飞行所需解决的一系列问题,例如:如何选择可行的编队阵形,如何在满足编队飞行约束条件下,进行航天器群的轨道设计.首先,该文在不考虑摄动力情况下,建立了两个航天器相对运动的微分方程,并得到了描述两航天器相对运动的解析解;其次,针对目前文献广泛应用的C-W方程及其解进行了理论分析,指出C-W方程解应用于编队飞行设计的局限性,即只能适用于近圆轨道近距离航天器的编队飞行设计;针对实际航天应用中常遇到的椭圆轨道航天器编队及远距离航天器编队,该文从相对运动解析解出发,经过一系列的数学推导与分析,导出了相应的编队设计公式;然后,该文考虑了环境摄动力如地球非球形摄动力、大气阻力、太阳光压力、第三引力体引力对于编队阵形的影响,以及摄动力情况下编队阵形的保持问题;最后,以卫星导航应用为例,利用该文导出的远距离编队公式设计了中国领土范围内的区域连续导航卫星系统,通过与目前的北斗卫星导航系统相比较,充分展示了航天器编队飞行的特点与应用优势.该文的创新之处体现在如下几个方面:1、从理论上分析了目前广泛应用于编队飞行研究的C-W方程及其解的适用范围和局限性.2、将航天器编队飞行设计从近距离拓展至远距离,并针对名义航天器运行于圆轨道的情况,导出了名义航天器飞行方向远距离编队设计公式和大偏心率大相对倾角远距离编队设计公式.3、针对名义航天器运行于任意偏心率椭圆轨道,推导出近距离编队设计公式,并提出了5种新型编队阵形.4、首次在频域范围内研究航天器相对运动规律,突破了一般轨道参数法将航天器相对运动轨迹在近圆轨道近距离范围内进行泰勒展开的传统思路.