引力波是爱因斯坦广义相对论最重要的预言,是当代物理学研究的前沿领域。空间引力波探测可以摆脱地表震动和引力梯度噪声的影响,以及干涉臂长的限制,探测蕴涵着丰富物理和天文信息的中低频引力波。本文基于“太极”空间引力波探测计划,重点研究了日心编队飞行轨道的优化设计与分析问题。主要研究内容包括:在编队构型优化方面,空间引力波探测任务动力学模型复杂,任务周期长,导致编队优化效率较低。针对此问题,构造了考虑太阳引力和其他摄动力的辛积分轨道递推模型,重点考虑对编队臂长、呼吸角、臂长变化率及星地距离等指标进行空间引力波探测编队构型快速优化,提升了编队构型优化效率。仿真结果表明,当步长为100000s时,辛积分的位置误差相较于RKF78减少了0.1271km,基于辛积分的编队构型优化计算用时相较于RKF78减少了45%。综合考虑初始后滞角对编队构型呼吸角、发射C3、转移所需速度增量和转移时间的影响,选择20°初始后滞角作为编队构型初始优化条件。在空间引力波探测编队构型稳定性分析方面,首先分析了太阳系天体对空间引力波探测编队构型的影响,建立了包括行星、月球、矮行星、小行星引力,以及太阳光压等的日心轨道卫星的高精度轨道动力学模型。提出了一种综合考虑小行星到卫星轨道距离和星等的二重筛选方法,能够快速估计小行星相对加速度的上界。并根据分析结果和编队构型稳定性分析需求,合理简化编队轨道动力学模型。其次,为分析入轨误差对编队构型稳定性的影响,提出了基于协方差函数的空间引力波探测编队卫星入轨误差传播分析方法,建立了空间引力波探测任务中臂长、呼吸角、臂长变化率和星地距离的误差传播方程,能够快速准确地分析使编队构型保持稳定的入轨误差边界,用时相比Monte-Carlo打靶方法大大降低。在轨道确定方面,分析了空间引力波探测任务的卫星入轨精度的要求。根据定轨精度需求,设计了一种基于扩展卡尔曼滤波算法的轨道确定方法。利用星间测距和测角信息提高了轨道确定精度,满足入轨要求。在转移轨道与编队构型全局优化方面,为同时满足空间引力波任务对高精度编队构型和转移轨道的要求,综合考虑编队构型稳定性,转移时间和速度增量,研究了基于脉冲转移、电推进和月球借力的转移轨道与编队构型的全局优化方法。仿真结果表明,星箭分离后,经过全局优化的三颗卫星独立转移,直接进入稳定的编队构型。