对交会对接过程中目标航天器后方的一类安全撤离轨迹进行研究，针对长方形禁飞区提出两类撤离模式，并分析与禁飞区最可能相交的点的特征，通过两个定理给出这两类撤离模式自由漂移轨迹安全的充分必要条件。最后针对实际问题提出撤离方案，给出两组仿真算例，仿真结果验证了撤离方法的正确性和撤离方案的可行性。

深空探测自主导航与控制技术是深空探测任务成功实施的关键。基于开展深空探测自主导航与控制技术研究的迫切性，综合分析和评述深空探测自主导航与控制技术的研究进展，着重分析深空探测自主导航与控制的必要性和国外深空探测自主导航与控制技术的研究发展趋势，提出深空探测自主导航与控制的关键技术，根据分析，提出了发展深空探测自主导航与控制技术的建议。

考虑能量、时间、视线等约束条件，基于微分方程法研究了近程自主交会滑移轨道设计方法。推导了近程接近操作与撤离操作滑移轨道的参数求解公式，设计了含待定参数的相对距离与相对速率的负一次和二次幂函数形式的微分方程，并以能耗为性能指标，提出了确定微分方程待定参数的方法。另外，研究了利用约束轨道降低视线角的方法。在给定的约束条件下，仿真验证了用含待定参数的微分方程法及改变约束轨道的微分方程法设计滑移轨道的有效性。

针对嫦娥一号卫星双轴天线指向地球的控制要求，给出了双轴天线框架角的计算方法。根据地球可见条件及双轴天线转动角度和角速度的限制，确定了星上双轴天线自主跟踪地球的范围；最后，在轨飞行试验结果验证了该方法的有效性。

将非线性Sage-Husa噪声估计器与无迹滤波器(UKF)相结合，提出了一种新型的自适应无迹滤波器(AUKF).对基于AUKF的航天器自主导航系统进行了计算机仿真，仿真结果表明，对于存在测量偏差的自主导航系统，AUKF的导航滤波精度较传统的扩展卡尔曼滤波器(EKF)有显著的提高.进而，针对航天器自主导航系统测量偏差周期时变的特点，提出了提高偏差估计精度的改进算法.仿真结果表明，在适当增加计算量的条件下，利用偏差估计改进算法的AUKF能够进一步提高自主导航系统的导航精度.

针对半球谐振陀螺仪的工艺制造偏差，研究半球谐振子薄壁厚度不均匀对陀螺精度的影响，建立误差模型，分析误差机理。首先对谐振子进行应变分析，然后分析薄壳微元的受力情况，根据力和力矩平衡方程建立半球谐振子动力学方程，得出由于厚度不均匀造成的半球谐振陀螺仪角速率误差。研究结果表明其傅立叶展开式的1~3次谐波项对角速率误差无影响，而4次谐波有影响。为提高陀螺精度，需要对陀螺厚度不均匀加以平衡。

研究了线性系统执行机构和敏感器的故障估计方法。基于比例积分观测器具有同时估计系统状态而和故障大小的能力，将比例积分观测器和强跟踪滤波器相结合，组成比例积分强跟踪滤波器来估计执行机构和敏感器故障，这种方法增强了对突变故障的快速跟踪能力。在系统发生故障时，比例积分强跟踪滤波器不仅能够快速检测、定位故障，而且还能估计出故障的大小。以某卫星为例，将此方法应用于推力器和陀螺的故障估计，并通过仿真验证了这种方法的有效性。

分析星敏感器和数字星模系统的功能，描述数字星模系统的功能需求，提出数字星模系统的设计方法。数字星模系统由星图组件和通信组件组成，基于该系统，针对星敏感器进行静态、动态星图测试试验，并对试验的方法、结果进行分析说明。试验表明数字星模系统及其设计方法的正确性、有效性。

对应用于卫星微推进胶体推力器的喷雾过程进行模拟研究，采用拉格朗日粒子跟踪法计算带电液滴的运动轨迹，获得了抽取极板前后液滴速度和密度的空间分布。分析推力器工作环境压力对喷雾扩散角、液滴轴向速度和推力器性能的影响。模拟结果表明：随着推力器工作环境压力的降低，液滴轴向速度增大，喷雾扩散角变化较小，推力器性能提高。当工作环境压力低于一定值时，其对喷雾过程的影响可以忽略，而推力器性能基本保持不变。

刚体卫星的大角度姿态机动可以用常规的四元数反馈控制，当挠性帆板的振动和中心刚体的耦合系数很大时，大角度快速机动后姿态的稳定度较差。结合特征建模理论，设计一种卫星大角度机动的黄金分割控制算法，对三轴带挠性帆板的航天器姿态机动进行仿真，仿真结果表明，机动完成后的精度比四元数反馈控制方法的精度高一个数量级以上。

研究三轴稳定的挠性航天器姿态的鲁棒控制问题。由混合坐标方程导出姿态动力学逆传递函数矩阵，并分析其正规性。基于正规性分析结果，使用系统不确定性反馈摄动描述对姿态控制系统的正规矩阵设计方法进行研究。研究结果表明，逆传递函数矩阵可视为正规矩阵，且动力学参数的摄动不影响其正规性。利用这一特性，提出一种适用于航天器姿态控制的正规矩阵设计方法。在该方法中，航天器姿态的鲁棒控制可以通过增加参数约束达成对三轴姿态的独立控制，从而提高设计的可继承性。计算机仿真验证了该设计方法的有效性。

本文阐述了利用星敏感器和红外地球敏感器进行自主导航的原理。以资源一号02B卫星的飞行数据为基础，进行了自主导航的研究，结果表明采用国产红外地球敏感器和星敏感器的资源一号02B卫星可以实现较高精度的自主导航,说明了该方案的可行性。

空间辐射环境常导致存储器发生单粒子翻转，设计了一种基于Hsiao编码的EDAC电路，并通过编解码电路复用的策略来进一步减小电路面积，该电路与目前广泛应用的扩展Hamming编码相比，面积减少了近50%，速度提高了近20%，并采用了一种新颖的方法来实现单错自动回写功能，可有效解决CPU中断行为。通过增加控制寄存器的三模冗余（TMR）设计来保证存储器操作的正确性，仿真验证了该设计的有效性和优越性。