提出了基于漫反射激光测距数据估算火箭残骸质心位置和翻滚姿态的方法。分析了火箭残骸的翻滚运动, 建立了漫反射激光测距仿真模型, 详细介绍了估算火箭残骸翻滚轴指向和翻滚周期的理论和仿真方法。采用快速Lomb-Scargle算法对德国Wettzell站测得的Soyuz火箭末级残骸的实测数据进行了分析, 通过比较仿真和实测数据的统计直方图, 推算了火箭残骸的长度及质心位置, 估算得到其观测周期为11.4 s, 赤经为203°, 赤纬为23°。

为解决传统的旋转卫星激光测距数据频谱分析方法运算量大、耗时长的问题，提出一种基于快速Lomb-Scargle算法的卫星激光测距数据处理方法。首先用经验模式分解方法来自适应地去除O-C残差中代表卫星轨道运动的低频趋势项；然后采用快速Lomb-Scargle算法对预处理后的数据进行频谱分析，得到相对应的周期图，进而分析卫星的自转速率。采用该方法处理了奥地利Graz站千赫兹测距系统测量得到的Ajisai卫星的数据，分析得出2010年5月Ajisai卫星自转的速率约为0.472 Hz。并对4圈激光测距资料进行处理，结果表明，该方法可以将频谱分析运算量降低两个数量级，节省大量处理时间，为快速高效地处理大量的旋转卫星激光测量数据提供了新思路。

利用内符合精度和外符合精度两种精度判定方法, 对国内首台基于APOSOS亚太地基光学空间物体观测系统)项目安装在国外的15 cm 地基空间碎片光电观测望远镜获得的观测数据进行了观测精度计算分析。经过计算分析, 得到内符合精度在5″左右; 利用全球激光测距服务系统提供的综合激光测距数据格式标准点资料对Lageos1、Lageos2和Ajisai卫星进行精密定轨, 进而获得这些卫星的精密轨道, 并以此精密轨道作为APOSOS 15 cm光电望远镜观测数据外符合精度的评定依据, 得到外符合精度大约在6″左右。计算分析结果表明: 系统的观测精度较高, 达到了设计指标, 能够满足科研和工程应用的需要。

为解决空间碎片漫反射激光测距回波数据信噪比低，难以快速高效地提取有效数据点的问题，提出一种基于随机Hough 变换的有效回波提取方法。考虑O-C 残差中相邻信号点之间的时间相关性，将有效回波数据的提取问题转化为图像空间中的曲线识别问题。采用随机Hough 变换，将确定一条曲线的n 个数据点映射为参数空间中的一个点，并在参数空间中运用分数累加的策略进行曲线辨识，提取信号点。采用该方法处理中国科学院云南天文台空间碎片漫反射激光测距实验得到的数据，结果表明，该方法可以快速地提取近似曲线型分布的有效回波，且占用内存少，漏检率低，为自动高效提取空间碎片漫反射激光测距有效回波提供了新思路。

利用卫星激光测距(SLR)技术对空间非合作目标进行跟踪观测现在处于发展阶段，存在预报不够准确以及单站少量观测数据不能定轨等困难。因此提出联合非合作目标的单站SLR 数据和光学观测数据进行综合定轨，从而得到非合作目标的精密轨道。利用Ajisai 卫星和Jason-1 卫星的单站激光测距数据和光学观测数据的试验结果证明，综合定轨精度比光学定轨精度有一个量级的提高。进而可以得到高精度轨道预报，这有利于非合作目标的激光测距进入一个良性的常规运行状态。