由于空间航天任务的不同需求,传统航天器逐渐向空间机器人方向发展,面对新型的任务需求,比如在轨维修、空间垃圾清理、燃料添加等,无论是哪种空间任务首先都需要服务航天逼近被服务航天器再进行下一步操作,所以自主停靠是在轨服务的关键技术之一。本文以航天器在轨服务与维护仿真技术为研究背景,主要针对近距离下航天器自主停靠制导与控制技术进行研究,包括相对运动的服务航天器与目标航天器相对轨道和姿态滑模控制方法。首先简要介绍了在轨服务自主停靠技术的发展历程和国内外研究现状,接着介绍了描述航天器相对运动的CW方程并推导了航天器姿态运动学方程、动力学方程以及姿态和轨道同步运动的六自由度运动学等方程。然后在航天器自主接近段基于航天器在圆形轨道上的运行模型,考虑到测距传感器在远距离情况下测量会受限,设计了状态观测器来确定空间两航天器的相对状态信息,同时进一步地为减弱观测器的抖振,用饱和函数代替观测矩阵,并基于线性二次最优理论设计了相对位置滑模控制律。其次,针对航天器在最终接近段阶段的姿态运动问题,考虑到外界不确定干扰力矩的情况,将系统模型分解为线性项和非线性项,用模型参考自适应方法追踪非线性项,设计了滑模切换函数只与线性项相关的相对姿态自适应滑模控制律。最后,针对航天器姿态和轨道的同步控制问题,为减小姿态运动出现的奇异问题,描述航天器姿态运动的参数采用了修正罗德里格斯参数(MRP),并建立了描述两航天器姿态和位置同步运动的六自由度相对运动模型。同时考虑到空间环境中不确定的干扰力和干扰力矩,利用RBF神经网络逼近非线性目标模型,设计了一个不需要确切模型信息的滑模鲁棒控制律。