本文针对空间目标受到的太阳辐射、地球辐射、地球反照辐射，采用蒙特卡洛（Monte Carlo）法，基于非结构四面体网格编写了仿真程序，并对计算结果进行了对比验证。进一步地，对太阳同步轨道卫星受到的轨道外热流，采用带帆板的网格对有无遮挡情况下各表面受到的轨道外热流进行了分析。结果显示，在对地模式下考虑遮挡后，−Y表面平均热流值降低了53.79 W/m²，+Y−Z侧帆板表面平均热流值降低了32.05 W/m²。结合表面材料属性，分析了各表面的温度特性，并结合帆板温度的在轨遥测数据，验证了计算的准确性。最后，计算了两种模式下各方向的红外辐射强度。结果表明，不同观测模式下各表面受热流的影响不同，对地模式下各表面温度随时间变化较大，而对日模式下各表面热流较为稳定。两种模式下，太阳能帆板的温度较高，辐射强度较大，具有明显的红外特征，便于开展红外观测。

针对数字化装备构建需求，以天基数字成像系统为研究对象，提出成像链路数理模型构建方法。建立相机、目标光学观测可见性模型和目标几何与光学特性模型，并通过路径追踪全局光照算法及光线重要性采样方法构建成像辐射传输模型，经过光电能量转换及成像调制模型输出空间目标数字成像结果。基于成像平台和空间目标的轨道参数，对比 Satellite tool kit (STK) 二体轨道模型15 d内的可见性仿真结果，验证了提出的可见性模型的正确性。在时间间隔3 s，距离70~200 km的条件下，对姿态对地定向目标进行成像仿真，结果表明，该成像链路数理模型可以有效生成在满足轨道监测条件下的目标序列图像，同时文中模型对天基装备数字系统建设也具有一定参考价值。

构建空间目标辐射特性对于发展空间态势感知技术具有重要意义。本文针对空间目标红外辐射特性，基于有限元方法，采用非结构四面体网格研制了仿真程序，通过矢量坐标变换，计算得到了目标各表面受到的轨道外热流，并结合表面材料和双向反射分布函数（BRDF）对目标各表面温度和红外辐射特性进行了仿真，并与文献结果进行了对比。进而考虑大气衰减和背景辐射的影响，对地基探测条件下升轨和降轨弧段的目标光谱辐射强度进行了分析。结果显示：对于三轴稳定太阳同步轨道沿飞行方向固定式帆板卫星，各表面在阳照区和地影区内温度变化范围较小；使用8~14 μm长波波段对目标进行观测的效果比3~5 μm中波波段好；辐射强度最大值在770 W/sr左右；地基红外光谱探测受大气影响较大，需要对探测波段进行优选。

目前，移动测站以其高机动性正逐步成为空间目标监测网络重要的系统组成，应用于空间目标的共视观测与精密跟踪。针对移动测站光电望远镜由于工况的不稳定性以及装调过程中存在的指向误差，文中提出了一种基于星图匹配脱靶量标定的指向误差修正方法。首先，根据编码器轴系定位筛选出定标星群并进行资料归算；其次，采用面向脱靶量标定的快速星图匹配算法识别出与测量恒星相匹配的定标星坐标，并作为理论位置；最后，将多颗测量恒星坐标带入脱靶量标定指向修正数学模型对望远镜的指向进行拟合与标定。实验结果证明：采集一组序列图像对光心指向进行修正，单帧图像的修正周期约为2.2 s，从第10帧后修正量基本趋于稳定。对全天区典型分布的一批子天区进行指向修正，指向误差均值由修正前的124.24″提高至4.97″，标准差从41.50″提高至4.76″。综上所述，基于星图匹配脱靶量标定的指向误差修正方法对于提高测站望远镜的指向精度效果显著，且该方法的修正过程与望远镜机架结构无关，因此也可适用于不同机架结构的望远镜指向修正。

建立了事件相机空间目标探测灵敏度模型，分析了影响事件相机观测灵敏度的影响因素，得到了可观测极限星等与阈值的线性关系，并通过望远镜进行了外场观星实验。结果表明事件相机可以进行空间目标探测，同时验证了空间目标探测灵敏度模型的准确性。进一步明确了阈值对事件相机空间目标探测的影响，为基于事件相机的空间目标观测及其他相关研究提供了理论基础。

为了识别空间目标的椭圆部件，提出了一种基于自适应光学图像的椭圆检测方法。首先，利用RL(Richardson-Lucy)方法对自适应光学图像进行复原，在此基础上，采用弧支撑线段(Arc-Support Line Segments, ASLS)方法对复原图像进行椭圆检测。针对ASLS算法使用的Canny边缘提取算法带来的“弧段过分割”和“语义信息差”等问题，提出了基于多尺度组合分组(Multiscale Combinatorial Grouping, MCG)边缘提取的解决方法。最后，针对ASLS算法使用优度指标等验证方法存在部分虚假椭圆的情况，综合利用多种几何指标进行约束，有效地消除了虚假椭圆。实验结果表明：椭圆中心点检测误差优于3 pixels，半长轴误差优于4 pixels，方向角误差优于3°。在重叠面积门限为0.65时，本文算法的准确率为85.7%、召回率为93.3%，F值指标为0.893，优于传统椭圆检测算法。

空间目标容易受到太空垃圾碰撞及干扰从而产生抖动。针对空间抖动目标红外图像的模型构建问题，对天基空间红外成像系统的主要噪声进行分析并考虑杂散光影响，基于Creator与Vega软件平台相结合，提出抖动状态下空间目标表面缺陷的红外图像的建模方法。依据空间目标基本特征分析其红外辐射特性，在Creator中对空间目标缺陷进行三维建模；根据目标以及背景红外辐射特性对三维模型进行温度场分析，将分析所得结果与Vega红外模块相结合获得红外图像模型；确定抖动图像数学模型并对仿真图像施加抖动影响，然后施加杂散光影响获得最终模拟图像。实验结果表明：该方法生成的抖动状态下空间目标红外图像与实验图像相似程度高，能为空间目标探测与态势感知提供一种有效的模拟系统。

针对传统正交迭代算法计算效率低的缺点，提出了一种改进的正交迭代算法以实现基于单目视觉的空间目标位姿测量。首先在传统正交迭代位姿测量算法的基础上，消除迭代过程中的平移向量，使用平行透视模型代替弱透视投影模型进行旋转矩阵初始值的求解，从而实现正交迭代算法的加速求解。其次，利用仿真实验研究了特征点图像坐标提取精度、特征点空间三维坐标精度、相机焦距标定精度、相机主点标定精度及空间特征点数量对算法的精度和运算效率的影响。在此基础上，利用田口算法并结合仿真分析结果定量分析每个因素对算法精度的影响，明确每个因素对算法精度的影响力，找出对位姿测量精度影响最大的因素。最后，通过实物实验验证了改进正交迭代算法的性能，结果表明本算法运行时间短且具有较高的精度，同时，基于正交试验结果，可通过控制影响不同位姿参数的首要因素，使得改进正交迭代算法的精度满足不同的空间目标位姿测量任务的需求。