为实现对GEO卫星的在轨服务,本文基于潜伏于LEO的空基在轨服务飞行器,研究了其从LEO至GEO的轨道转移过程,包括转移轨道优化设计、初制导方法和末端制导方法。首先研究了在轨服务飞行器的转移轨道优化设计问题。基于霍曼转移和兰伯特飞行时间定理,研究了两种不同的优化设计方案。并对目标卫星相位不同的情况分别进行了仿真,通过仿真结果对两种方法进行了对比。其次研究了在轨服务飞行器从LEO到GTO的轨道转移初制导方法。在速度增益制导的基础上,需要速度求解中加入了对GTO自由飞行阶段2J项摄动影响的修正,并提出了多阶段需要速度求解方法。然后研究了在轨服务飞行器从GTO到GEO的轨道转移末端入轨制导方法。在迭代制导的基础上,针对传统方法不能同时满足位置速度六个终端约束的不足,提出了对点火时间的优化控制方案。仿真结果表明,此方法能够有效提高飞行器入轨的精度。最后对论文中的制导方法进行了适应性分析。包括初始段速度增益制导方法和末端迭代制导方法适应性分析。在轨服务技术必将成为未来空间应用中一个重要的部分,而本文关于在轨服务飞行器转移轨道优化设计及制导方法方面的研究可为相关技术的发展提供理论依据和技术支持。