回归轨道是指卫星星下点轨迹经过一段时间后重复出现,且在同一纬度圈上,相邻星下点轨迹间距相同的一类特殊轨道。回归轨道可实现对特定地面目标的周期性动态观测,在对地成像观测和地球科学探测等航天任务中已得到广泛应用。本文针对应用严格回归轨道的航天任务,拟从卫星轨道设计和轨道维持控制两个角度出发,研究高精度回归轨道设计方法和精确轨道维持控制方法。首先,通过对近地空间主要摄动因素进行分析,建立了近地卫星轨道动力学方程,并基于Runge-Kutta-Fehlberg数值积分法对高精度卫星轨道预报方法进行研究。通过与STK软件的轨道预报数据进行对比,验证了本文设计的轨道预报功能模块可以精确预报卫星运动状态;其次,针对地球非球形引力对卫星轨道的摄动影响,研究了基于J₂摄动项的回归轨道六要素迭代法设计方法,进而提出一种基于高阶地球重力场模型的严格回归轨道单目标优化设计方法。仿真结果表明,考虑高阶地球重力场摄动影响,使用本文提出的轨道设计方法可设计出回归精度为1米量级以下的严格回归轨道。最后,本文通过分析卫星实际运行轨道相对标称轨道的空间误差变化情况,研究了一种基于“控制管道”概念的精确轨道维持控制方法。仿真结果表明,文中研究的轨道维持控制方法可保证卫星长期运行轨道始终处于“控制管道”中,从而表明了本文提出的轨道精确维持控制方法可保障卫星长期运行轨道的严格回归特性。