为了解决靶场典型刚体目标（大多具有线性外化特征）光学姿态处理的算法共性适应问题，提出了直线矢量三维-二维（3D-2D）物像映射通用关系，后依据所需选取直线矢量进行物像方向映射后匹配的方法获取姿态角信息。首先对目标主体直线矢量进行了旋转变换，获取了关键主体直线矢量与所求姿态角的理论对应关系，然后将关键矢量向确定像面进行投影，确立了空间直线矢量至投影像面姿态的映射关系，并通过分站映射结果对空间直线矢量进行了重构，以达到闭环验证映射结果正确性的目的。该研究为基于直线矢量的光学姿态处理提供了重要的直线矢量3D-2D姿态映射关系，并以此为基础，进行纯方向姿态解算。尤其在中长远动态目标姿态测量中遮挡、变换过程中具有良好适应性，与现有典型姿态处理结果对比，验证了本文算法的正确性和可靠性。

为了解决目前飞机类目标无目标模型,且目标主体中轴线难于准确提取的难题,提出一种基于分类直线交会解析的姿态信息获取方法。通过推导基准坐标系下姿态角定义与欧拉角递进旋转的唯一对应性关系获取基准旋转矩阵,对承载姿态信息的特征直线进行分类,并提出一种在非中轴直线以外交会的姿态角信息求解方法。该方法利用特征直线与中轴线的相对姿态关系,将直接交会获取基准系下的特征直线向量作为旋转变换输入条件,利用两直线同步旋转前后的向量空间关系,采用修正的Rodrigues变换获取关键姿态旋转矩阵,最后解析求解时刻旋转矩阵获取所需的姿态信息。校飞试验验证了所提算法的可行性,其稳定性优于模型匹配法。所提算法无需建模及特征匹配,处理效率得到了显著提高,普遍适用于导弹及飞机类目标姿态处理,为靶场光学姿态处理提供了一种新的思路和方法。

目前，靶场姿态测量以多台套交会测量为主，对于单站姿态测量尚没有较好的解决方案。为了解决该问题，以投影轴对称目标为例，提出了一种基于中轴线像长匹配的单站姿态测量方法。将透视投影拓展为2种等效形式，将体现目标姿态状态的中轴线向像面透视投影，可获得中轴线的投影像长或在等效物面的等效物长，根据目标中轴线的先验长度、相机内外参数及成像信息，经像长匹配即可获取目标的偏航角和俯仰角；实际工程试验验证了该算法的可行性，偏航角精度为1.7°， 俯仰角精度约1°，满足靶场单站测姿需求；并对姿态测量模型关键因素进行了误差分析。该方法可适用于非投影轴对称目标。

为了探讨弱透视投影应用于靶场远距离、小视场姿态测量的可行性, 以轴对称回转体目标为例, 充分利用透视成像信息及弱透视投影原理, 逆向推导了单站弱透视投影的姿态测量模型, 实际试验结果证明了弱透视投影在靶场姿态测量中的可行性, 在文中所述的试验环境下, 弱透视投影与透视投影之间误差不超过0.05°; 明确了在靶场远距离、小视场姿态测量环境下, 弱透视投影误差主要来源于作用距离; 推导了算法适用的极限作用距离。以上研究为靶场弱透视投影远距离、小视场姿态测量奠定了一定的理论基础。