针对空间高轨目标、微纳卫星等点目标姿态信息难以获取的问题，跟踪了国内外基于光度数据反演目标特征信息的最新动态，分析了目前基于光度数据姿态反演的主要方法及特点。分析结果表明，基于非线性滤波的姿态反演方法能够高精度地反演目标姿态，近实时地解决目标稳定以及机动状态的姿态反演问题，是未来姿态反演的主要方向。在此基础上，进一步剖析了非线性滤波姿态反演需要突破的关键问题，包括形状模型反演、双向反射分布函数模型选取和参数确定以及非线性滤波算法的讨论。

针对光度曲线的特点将光谱领域曲线匹配算法应用至光度学领域，解决了基于光度曲线特征规律卫星形状反演方法的算法需求。介绍了反演方法的主要原理，通过融合角匹配(SAM)算法和信息散度(SID)算法，设计了联合信息匹配(SAM-SID)算法，确定了阈值，使曲线匹配的成功率大于93%。最后利用兴隆观测站的实测数据验证了算法的适用性与稳健性。实验结果表明，SAM-SID算法成功匹配出了SAM算法和SID算法都未能匹配出的圆柱体卫星，适用于球体、圆柱体以及立方体卫星的形状反演，且较SAM算法和SID算法结果更加直观，适用性和稳健性更强。

地球同步轨道上运行着大量的空间目标，基于光度曲线反演空间目标信息为目标的跟踪、识别与监视提供了新的技术途径。利用STK 软件，通过坐标变换获取不同轨道参数下太阳、卫星以及观测站的时空关系。根据视星等定义，利用面元法基于Phong 模型推导出适用于立方体、棱柱体以及圆柱体空间目标的视星等模型。通过与实测数据对比，验证该视星等模型的仿真误差约为3%，仿真效果远好于仅采用漫反射率表征的视星等模型。基于Matlab 软件，仿真研究了不同弧段、不同形状以及不同尺寸卫星光度曲线的变化规律。研究表明，当获取的光度曲线质量较高时采用非线性滤波技术反演，仅能获得特殊点的视星等信息时采用二面法理论反演，为下一步光度曲线反演提供了一定参考。