本文研究了相对翻滚航天器的悬停任务特性和控制方法,并基于悬吊机构与悬吊式模拟飞行器,开展了地面原型试验方案研究。本文的主要工作如下:推导了相对翻滚航天器的相对动力学模型。推导了追踪航天器相对无外部转矩的失控目标航天器在目标轨道系中的姿轨一体相对动力学模型和追踪器本体系中的姿轨一体相对动力学模型,为航天器悬停控制器的设计建立了基础。研究了相对翻滚航天器的悬停任务特性以及姿轨约束。通过对追踪器本体系的分通道设计,提出了基于模糊与PID混合控制器的悬停控制方法。推导了悬吊式模拟飞行器的动力学模型。研究了无外力矩悬吊模拟飞行器的姿态运动,并探究了摩擦力矩与偏心力矩对其姿态运动造成的影响。研究了悬吊系统控制偏差干扰对模拟器运动造成的影响。建立了地面系下的悬吊式模拟飞行器相对动力学模型,为相似性研究建立了基础。提出了航天器半实物仿真系统总体方案。对地面系与轨道系的相似性进行研究,并给出了评价相似性的误差判别方法。对半实物仿真系统方案进行了验证,通过仿真结果验证了本文提出的控制器的有效性。本文在相对翻滚目标的悬停控制方面取得了一定进展,通过开展地面试验方案研究,验证了控制方法的可靠性与有效性。研究成果对相对翻滚目标的交会对接任务分析设计和控制方法制定具有一定的借鉴价值,为日后的地面原型试验研究提供了参考。