空间目标消旋是在轨操控任务中的难点，也是近年来空间技术研究的热点。传统的绝对式物理消旋技术是通过外界输入力或力矩来衰减目标的角速度，从而实现追踪航天器与目标保持相对静止。然而这种消旋方式存在潜在的碰撞风险，而且容易对目标产生干扰，并破坏目标原有的运动形式。区别于绝对式物理消旋，本文提出一类相对消旋的概念来处理追踪航天器与目标交互中的相对旋转问题。相对消旋是一种对相对运动的描述，它通过主动生成追踪航天器的旋转运动，从而在运动层面上使追踪航天器与目标在某一局部参考系中保持相对静止。这种消旋方式不改变目标的既有属性和运动形式，其消旋效率只取决于追踪航天器本身的姿轨机动能力，因而在空间目标特征面监视、在轨操控以及空间攻防等领域具有广泛的应用。
　　本文围绕空间目标特征点凝视随动跟踪、空间碎片主动清理、小行星悬停等一类问题，结合目标轨道是否为圆轨道、目标与追踪航天器是否有相互作用、系统是否存在外界干扰和参数不确定性的情况，重点研究了二体、圆型限制性三体问题中的特征点相对消旋动力学建模和姿轨一体控制方法。主要研究成果包括:
　　1.提出了两种相对消旋模式，包括基于期望共振比的平面内相对消旋以及基于特征点凝视随动跟踪的空间相对消旋。针对后者，提出了一种新的建立在以目标特征点为原点，特征轴为主轴的局部指向坐标系下的特征点相对轨道动力学模型。结合在追踪航天器本体坐标系下表示的相对姿态动力学模型，进一步得到了基于特征点凝视随动跟踪的相对消旋姿轨耦合动力学模型。该模型的优点在于特征点间相对位置参考轨迹以及期望指向都是时不变的，冈而可以降低姿轨控制过程中末端约束的处理难度。
　　2.针对二体问题中目标轨道为圆轨道、目标和追踪航天器之间无相互作用，也不考虑外界扰动和系统不确定性的情况，基于非奇异终端滑模方法设计了相对消旋姿轨一体控制器，并通过标准Lyapunov函数分析了该控制器的有限时间稳定性和滑模到达时间。仿真结果表明所设计的控制器能使追踪航天器特征点在有限时问内快速地对目标特征点进行相对位置和姿态的跟踪。
　　3.采用特征点相对消旋的方法，仿真实现了天基激光平台对空间碎片的边相对消旋边降轨清理。首先针对目标轨道偏心率不为零，目标受到来自追踪航天器的激光作用力，且系统存在外部扰动和不确定性的情况，建立了二体问题中天基激光平台降轨清理空间碎片的特征点相对消旋动力学模型;其次采用干扰观测器对系统外部扰动进行观测，并设计了结合干扰观测器的非奇异终端滑模控制律;最后通过数值仿真，验证了在给定相对消旋控制律下的碎片降轨结果。
　　4.采用特征点相对消旋的方法，仿真实现了航天器对捕获于绕月大幅值逆行轨道上的小行星的定点悬停。首先考虑追踪航天器受到来自目标引力场的作用，以及存在系统外部扰动和不确定性的情况，建立了圆型限制性三体问题中的特征点相对消旋动力学模型;其次针对该模型设计了自适应鲁棒滑模控制器;最后数值仿真结果表明该控制器对求解圆型限制性三体问题中的特征点相对消旋具有良好的效果。