在航空航天事业高速发展的今天,在轨任务的需求变得愈加多样和复杂。早期是针对合作目标开展空间任务,之后是对非合作非对抗目标进行在轨操作,而未来则可能需要对非合作对抗目标进行控制。传统的航天器控制方法,是将其轨道和姿态分开设计控制策略,明确地表示出航天器之间的相对运动关系和影响。面对具有高速机动能力、对抗方式未知、对抗特性未知等性质的有对抗能力的非合作目标时,航天器六自由度控制方式比传统的控制方式具有更大的优势。对非合作对抗目标进行在轨操作的前提是在此类工况中对航天器的姿态和轨道的有效控制,在整个过程中需要考虑潜在的运动约束,例如视线约束和接近路径约束,最终使得航天器可以以特定的姿态悬停在某一相对位置上。本文主要是针对具有不同运动约束的航天器六自由度跟踪控制问题,开展姿轨一体控制策略的研究。主要研究内容如下:针对航天器六自由度跟踪控制问题,首先对航天器进行六自由度相对运动学建模,明确相关坐标系定义,对基于四元数的航天器姿态运动模型进行简单介绍,之后介绍对偶四元数以及相关的运算性质和优点,再分别建立基于对偶四元数的航天器六自由度运动学模型和基于对偶代数的航天器六自由度动力学模型,从而得到刚体航天器六自由度相度对运动模型。最后简单介绍一些文中需要用到的非线性系统理论方便后续的证明和引用。针对存在视线约束的航天器六自由度跟踪控制问题,首先考虑无运动约束的跟踪工况,针对需要完成的航天器追踪控制问题,设计对偶四元数框架下的类PD控制器,保证追踪航天器的位置和姿态可以渐近收敛到期望的位置与姿态。之后针对实现运动约束进行数学分析,并转化到对偶四元数的框架下,于此同时,出于对安全和可能存在的后续抓捕任务的考虑,设计一个虚拟的接近路径用于限制最后逼近段追踪航天器的轨迹;针对两种运动约束设计合理的人工势函数并分析势函数的性质,以此设计带有势函数的控制策略,并对整个系统进行稳定性证明,使得系统可以在保证运动约束的同时达到期望状态。最后通过仿真实验对本章提出的两种控制器进行对比,验证控制器的有效性和实用性。针对存在接近路径约束的航天器六自由度跟踪控制问题,首先需要将目标航天器的探测能力归结为接近路径约束并进行明确的说明,然后结合之前提出的视线约束设计新的人工势函数用于保证运动约束,由于该约束并不是凸集,需要对局部极小值进行分析,之后根据势函数设计控制策略并证明系统的稳定性。最后给出实验仿真并与类PD控制器进行对比,证明控制策略的有效性和相对优势。