军用侦察卫星星座是指由多颗侦察卫星构成的一个卫星群，它们通过协同工作来完 成在一定时间、空间分辨率约束下的情报、监视和侦察（ISR）任务。本文认为卫星协 同与自治的研究是进行军用侦察卫星星座研究的一个重要领域，因此论文围绕卫星协同 与自治的一些关键问题进行研究。 卫星精密轨道预报是卫星动力学研究的基础，而成熟的通用工程仿真平台，如 MATRIXx、MATLAB的应用将使仿真计算的效率与可靠性提高。本文利用MATRIXx 对卫星精密轨道预报进行了仿真实现，并讨论了MATRIXx在航天动力学的应用问题。 卫星星座是多颗卫星进行协同的主要形式，本文讨论了仿真与解析相结合的全球覆盖卫 星星座的设计方法，同时提出了卫星星座空间观测的区域覆盖与全球覆盖判别算法，并 进行了证明，在此基础上，对美国天基红外系统（SBIRS）进行了性能推测与分析。σ 星座构型是解决侦察卫星星座区域覆盖的有效方法，本文在二体假设和考虑地球J2项 影响两种情况下对σ星座进行了设计。本文还利用仿真方法对在轨运行的低轨卫星星座 的性能损失情况进行了分析。 三星时差定位星座由三颗具有一定几何构型的卫星协同完成对目标的定位。本文讨 论了三星时差定位星座对固定目标定位的两种定位方法：利用单个观测时刻数据的定位 和利用多个观测时刻数据的定位。论文利用非线性Kalman滤波设计了三星时差定位星 座对运动目标的定位定速算法；根据定位误差的解析公式，利用仿真方法分析了三星时 差定位星座的星座构型和卫星高度等因素对定位精度的影响规律，并依据定位精度影响 规律，研究了三星时差定位星座的星座设计问题。 卫星轨道机动是卫星自治的首要条件，它是相位保持、相位机动、交会对接的基础。 本文提出了基于零控流型的卫星轨道机动方法，并对此方法所涉及的具体问题进行了研 究。本文利用卫星精密轨道预报的结果作为基准轨道，解决了控制基准的问题；利用H_∞ 控制理论和 PWPF调制器解决了轨控小发动机常推力控制问题。