队形重构是卫星编队飞行的关键技术之一，自主运行则是卫星编队飞行的发展趋势。因此，如何快速规划出合理的重构路径，继而安全有效地完成队形重构所需的机动，对于卫星编队飞行技术的发展具有十分重要的意义。本文以卫星编队飞行的自主队形重构作为研究对象，对其中涉及的实时性、碰撞规避、燃料均衡以及重规划等问题展开了系统深入的研究。主要包括以下几个方面：　　针对连续的队形重构问题，提出了基于Legendre伪谱法的队形重构离散化方法。将各成员卫星的状态量与控制量在Legendre-Gauss-Lobatto(LGL)点处离散，从而将原队形重构问题转化为非线性规划问题。分析了单纯使用Legendre伪谱法处理队形重构问题的缺陷，并讨论了传统优化方法求解队形重构问题的局限性。　　使用协同进化粒子群方法求解离散化后的队形重构问题。根据队形重构中各卫星相对运动模型的特点，设计了各粒子初始位置的生成方法，保证各粒子每一次进化的位置都能够满足卫星的动力学方程约束，从而克服了粒子群优化方法对有约束优化问题处理能力差、计算时间长的缺点。依据各卫星队形重构轨迹的特性，提出了新的粒子群速度更新公式，使得各粒子在进化过程中能够迅速收敛到最优解附近，从而大大加快了粒子群的优化速度。针对Legendre伪谱法在各LGL点之间无法处理碰撞规避约束的缺点，在可能发生碰撞的区域加入了符合高斯分布的测试点，从而保证了整个队形重构过程的安全性。在此基础上，根据卫星编队飞行所具有的分布式的特点，提出了协同进化粒子群方法，分别赋予每颗卫星一个粒子群，使得各卫星能够在独立优化的同时相互交流位置信息，从而避免碰撞的发生。　　进一步地，使用博弈论的相关原理分别从三个方面改进协同进化粒子群方法。首先，针对协同进化粒子群方法存在冗余搜索的问题，设计了动态深度优先搜索方法。该方法在各粒子群初始化和判断是否碰撞的过程中，能够迅速有效地找到所有Pareto有效均衡解，极大地提高了大规模队形重构问题的运算速度，从而保证了队形重构的实时性。其次，考虑卫星编队飞行对燃料均衡的要求，提出了基于协调博弈的燃料均衡策略。该策略根据各卫星之前的燃料剩余情况和礼让次数，在进化过程中帮助各卫星选取合适的路径，既能够尽可能地均衡各卫星之间的剩余燃料，又能够避免各卫星为了追求平衡而造成的不必要的浪费。最后，针对粒子群中的粒子在进化中可能出现的进化停滞现象，提出了基于纳什讨价还价解的进化方法。在粒子进化停滞时，该方法能够在短时间内改变粒子的速度更新公式，从而帮助粒子摆脱停滞区域，加快进化速度。　　在此基础上，使用实时重规划方法处理队形重构过程中的机动问题。在存在干扰的机动过程中，依据各卫星的实际运行状态，每隔固定时刻进行一次重规划，重新优化各卫星从当前状态到终端状态的轨迹。从而能够克服使用控制方法进行跟踪机动的局限性，进一步优化各卫星的运行轨迹，并能够有效避免标称轨迹所带来的碰撞隐患。