随着空间飞行器数量的持续增长,航天器的在轨清除、在轨加注、在轨维修技术正逐步成为缓解空间轨道资源紧张程度和维护太空秩序的有效手段。作为上述任务的共同前置环节,空间近距离绕航观测任务要求受控主动航天器以其非合作目标为中心做环绕机动,并保持星载相机视轴始终指向其观测目标,从而为后续接触操作方案的快速制定提供影像和数据支撑。事实上,空间近距离绕航任务的核心技术是非线性航天任务的高精度姿轨同步控制技术,该技术也是各类复杂空间接触操作任务所必需的共性技术。但由于非线性系统在解析求解、稳定性分析等方面存在诸多困难,故关于该技术的理论研究和实验验证均尚未完善。因此,航天器绕航任务的建模及控制问题仍属于开放性问题,具有良好的理论价值和实践意义。航天器绕航观测任务的控制难度是多方面的:除推进系统饱和约束、模型参数漂移、摄动干扰等常见不利因素影响外,受控主动航天器的轨道机动行为还受到姿态指向条件的严格约束,而主动航天器姿态的实时调整又进一步增加了相对轨道运动的建模难度。因此,该任务的运动学和动力学行为具有状态耦合关系模糊不明、约束逻辑交错复杂等显著特点。在充分调研各类空间近距离相对运动的实施进展和非线性系统滑模控制的研究现状后,本文首先详细阐述了航天器绕航任务中姿轨耦合建模与同步机动控制问题的关键技术难点;而后,本文借助刚体姿态描述的单位四元数方法和动力学建模的牛顿方法构建了航天器绕航任务的姿轨耦合运动学和动力学模型,并给出了测量不确定性条件下的模型修正结果;进一步,本文从执行器输出受限、状态受限、性能（近似）最优、收敛快速性、增益自主估计等角度详细讨论了本任务的高精度姿轨同步控制方法,并给出了主要结论的理论证明和仿真验证。本文的主要的研究内容可以概括为:针对基于修正罗德里格参数的航天器绕航任务模型在描述空间大角度机动行为时存在非连续切换的问题,本文借助刚体姿态的单位四元数描述法建立了该任务的全局无奇异模型,并解析地给出了视线指向约束下受控主动航天器的期望角速度和角加速度与两星相对轨道位置之间的数学关系;所得模型可清晰地表现姿态系统和轨道系统之间的耦合关系。针对非匹配不确定性干扰和执行器饱和约束下姿轨跟踪误差较大、机动边界无显式约束等问题,本文给出了航天器绕航模型的测量不确定性修正,并通过状态映射将主动航天器姿轨跟踪误差限制在指数衰减边界内;进而,借助有限时间扰动观测器实现了非匹配不确定性的有效估计,并给出了状态和输入约束条件下非奇异终端滑模面的有限时间到达策略;非自治系统有限时间稳定性理论框架下的稳定性分析证明了所述控制器的有效性。针对传统Lyapunov控制方法保守性大、无显式性能约束的问题,本文面向航天器绕航观测任务的实际需求提出了一种有效的“燃料-时间”评价指标,并基于自适应动态规划原理引入执行-评价（Actor-Critic）网络逼近其相应HJB方程的数值解,并据此给出了本任务的（近似）最优控制器;得益于所述“燃料-时间”性能指标中两个非二次型项的引入,所得近优控制器可严格满足星载推进系统的饱和约束,且执行网络和评价网络的节点权重不会因系统初始值过大而快速更新。针对非奇异终端滑模面的到达速率随系统状态收敛而降低、一阶滑模控制器抖振显著等问题,本文提出了全局Lipschitz连续的实用终端滑模流形,由此导出的超扭滑模控制器可在平衡点处建立高增益动态,并显著削弱一阶滑模控制器中广泛存在的抖振效应。进而,本文基于自适应动态规划原理给出了实用终端滑模面的近优到达策略;仿真结果表明,所述近优控制器可使受控主动航天器的姿轨跟踪误差快速到达相应滑模面并同步高精度收敛。为提高实用终端滑模流形在平衡点的单位邻域内的收敛速率,本文提出了一种超扭快速实用终端滑模控制器,它可使受控系统的广义速度在平衡点的单位去心邻域内始终保持较高水平。进而,本文考虑推进系统输出能力受限、外部扰动上界未知、期望角加速度反馈困难等任务条件,设计了航天器绕航任务的模糊自适应超扭实用终端滑模控制器。该控制器综合利用分级模糊逼近技术与有限时间观测技术实现了未知动力学的精准反馈,并通过抗饱和补偿系统的高增益项有效降低了模糊辅助输出对姿轨误差收敛精度的影响;此外,基于双曲正切函数的自适应更新策略降低了经典超扭滑模控制器的增益取值保守性,并可降低参数快速更新而导致的系统失稳风险。最后,作者给出了本文的研究结论和展望。