卫星编队是指若干颗小卫星在围绕地球运动的同时，保持一定的距离和构形围绕主星运动，共同完成空间任务。相对于传统大卫星，小卫星编队的研发成本低，安全可靠性高，机动灵活，具有可重构性和冗余性，能够代替传统大卫星完成空间任务，因此近些年来小卫星编队飞行得到广泛应用。研究卫星相对运动的方法主要有轨道根数法和直角坐标法，前者主要用于轨道设计和研究摄动对轨道的影响，后者主要用于控制律的设计。直角坐标法中最常用的是HCW方程，该方程是二阶常系数微分方程且具有解析解，便于控制律的设计。其成立条件包括主从星间距为小量，参考轨道为圆轨道和不考虑摄动的影响。本文基于HCW方程的简化条件进行改进，首先介绍编队卫星的基本方法。接着考虑线性化对编队构形造成的初始化误差并修正了长期漂移，通过数值计算得到由线性化造成的长期漂移在短时间内可以忽略不计。然后研究椭圆参考轨道下的最优控制问题，对比分析了真近角点域下和时间域下最优控制的目标函数，在不需要解析解时，优先考虑在时间域下设计燃料最优控制律。最后考虑各种摄动对近地轨道卫星编队构形的影响，其中地球扁率摄动会使编队构形产生相对摄动，而大气阻力摄动会使单颗卫星轨道下降，但是不会使编队构形产生相对摄动，在此基础上给出摄动影响下圆轨道的燃料最优控制律，设计了只在两个方向安装推力装置实现对编队卫星的控制，通过数值计算验证了控制律的有效性。