天基攻防是未来战争中不可避免的，其主要体现在对非合作航天器的电子侦察和干扰，这就使得追踪航天器需通过相对导航方法确定目标航天器位置，通过轨道转移逼近目标航天器并进行绕飞机动来完成对非合作航天器进行侦查与干扰。本文针对非合作航天器的相对导航、追踪航天器对目标航天器的轨道转移和绕飞进行研究。首先，本文在空间两航天器的相对运动描述、追踪航天器对目标航天器的相对导航、追踪航天器对目标航天器的轨道逼近及绕飞，总结并分析了这三方面在国内外的研究现状，针对国内外的研究现状提出了本文的主要研究内容。其次，通过基本的航天理论和质点的描述推导了绕飞航天器相对运动模型，针对模型推导过程中的线性化误差进行仿真并分析，推导并分析了理想情况下，近圆轨道的相对运动关系，并考虑了地球形状所产生的J2摄动近圆轨道下对绕飞模型的影响。再次，给出了确定非合作航天器位置的基于地基和天基的两种观测方法，针对基于天基的相对导航方法进行建模，由于观测模型的非线性特性，采用扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波两种滤波方法对相对导航系统模型和测量模型进行滤波，与直接利用测量信息相比，提高了对非合作目标航天器相对位置、速度的测量精度，并进行仿真验证。最后，基于脉冲机动模型研究了追踪航天器对非合作航天器在导引段的轨道转移问题，基于基本的双脉冲机动策略，给出了等时间等间距的多脉冲机动策略和基于指数滑移算法的多脉冲机动策略。结合最优控制理论分析了能耗最优的轨道机动问题。根据追踪航天器和非合作目标航天器的运动关系，讨论了自然绕飞和受控绕飞两种绕飞形式。针对自然绕飞，设计了自然椭圆绕飞轨迹和自然螺旋绕飞轨迹；对于受控绕飞，设计了单脉冲绕飞轨迹和多脉冲绕飞轨迹，并进行仿真验证。