以天基监视为背景，依据几何学原理和矢量计算工具，主要研究了双星相对运动模型。一方面，突破力学求解方式，采用一种区别于传统轨道根数的卫星轨道生成规则，可清晰直观地描述卫星轨道；另一方面，结合光电跟踪系统，研究了双星运动过程中的相对方向变化。通过对异面太阳同步圆轨和共面地球同步圆轨双星相对运动模型的仿真计算，获得了卫星轨道、相对距离、方位角、俯仰角、方位角速率、俯仰角速率的变化结果，分析结果证明了此方法的合理性，可为天基监视中的工作区域选择、卫星轨道设计、监视系统设计和捕获跟踪瞄准控制系统设计等物理问题和关键技术提供定性和半定量参考。

提出一种稀疏重构框架下利用幅度实现扩展目标量测划分的方法.利用衍射受限光学系统特性对像平面进行网格采样, 建立稀疏重构模型及“超完备字典”.通过重构挖掘像元幅度值中的有效信息并基于成像机理对重构出的非目标量测进行抑制处理,利用重构出的亚像元级目标位置、幅度信息实现目标量测的划分.仿真结果表明:信噪比为6 dB时, 本文算法比传统方法在实现对所有扩展目标量测的正确划分上提前30s, 对目标探测信息能充分利用, 在量测划分准确性上比依靠距离划分的传统方法有较大提高, 尤其在低信噪比条件下较传统方法量测划分的准确性提升明显.

以获得空间未知目标的轨迹运动信息为目的, 研究了一种基于星载光电成像跟踪测距方式的空间目标定轨技术。该技术从测量学角度出发, 利用星载光学测量系统获得目标的相对运动信息, 利用角度传感测量系统获得卫星的姿态角变化和跟踪架的角随动信息, 最后通过坐标变换解算出目标在地球惯性坐标系中的绝对运动信息。文中依次从物理模型、坐标体系、基本原理等方面对该项技术进行了描述和推导, 获得了目标在地球坐标系下的状态方程和观测方程。最后, 在对天基监视卫星轨道模型、星载光电跟踪控制模型、目标特性及光学成像测距模型进行分析后, 建立了具体的数学模型, 并对计算结果进行了分析讨论。得到的结果显示理想模型的目标轨迹测量精度优于0.5 km。

以天基监视为背景，主要研究了一种基于双星双目跟踪方式的空间目标定轨技术，其物理思想为：利用星载光学测量系统获得目标的相对方位指向与角度传感器测量系统获得卫星的姿态角变化和光电跟踪架的随动角信息，通过坐标变换和数据处理解算出目标在地心惯性坐标系中的绝对运动信息。依次从物理模型、坐标体系、定轨原理方面进行了描述和推导，获得了目标在地球坐标系下的测量方程，并且通过对天基监视卫星轨道模型、星载光电跟踪控制模型、光学成像模型分析后，进行了数学建模仿真，计算结果表明该定轨方法的可行性。

本文以天基监视为研究背景, 主要围绕星载光电捕获跟踪瞄准(ATP)控制技术展开研究, 针对卫星调姿变轨和跟踪架转动的多自由度配合控制过程, 依次对天基监视物理模型、星载光电ATP控制系统方案和电视跟踪精度进行了分析。通过分析, 不仅对这种多阶段多任务多模式切换的ATP控制有了较为清晰的理解, 而且对其中所涉及的关键技术获得了较为全面的认识, 对星载光电ATP控制系统设计有一定的指导意义。

考虑天基照相机观测中小尺寸空间目标时具有能耗低、精度高以及易于小型化实现等优势，研究了利用天基照相机监测空间目标的轨道确定和可观测性计算方法。分析了太阳同步轨道作为天基监视轨道的优点，结合目前国外的几种天基卫星轨道类型，设计了天基卫星轨道，在此基础上仿真分析了对不同轨道类型空间目标的可见观测弧段。根据目前地基光学观测设备的测轨精度和轨道动力学模型误差，添加了不同的测轨系统误差、随机误差及一定的动力学模型误差，仿真分析了对不同轨道高度空间目标的定轨精度。分析结果表明，采用6天7分钟/两天的天基光学测轨数据对近地轨道的空间目标定轨时，若测轨精度优于30″，动力学模型误差小于50%，则定轨精度与美国编目轨道(TLE)精度相当。采用10分钟/天的天基光学测轨数据对地球同步轨道上的空间目标定轨时，若测轨精度优于10″，动力学模型误差小于50%，则定轨精度在美国编目轨道精度范围内。

CMOS图像传感器以其集成度高、功耗低、抗辐射能力强和成本低等优势已经逐渐被应用到天基空间目标可见光监测系统中。作为系统成像能力和识别能力的重要指标,准确地分析和评估CMOS图像传感器的成像距离是天基系统设计的前提和基础。在对CMOS和CCD传感器进行对比的基础上,从信噪比的角度出发,以深空作为背景,根据光度学和辐射度学的基本原理,对基于CMOS图像传感器的天基空间目标监测系统的成像距离进行了详细分析和公式推导,并以STAR-1000 CMOS图像传感器为例验证了理论模型和计算公式的正确性,最后对进一步提高CMOS图像传感器成像距离的方法进行了简要分析。

利用在轨目标、观测卫星、地球、太阳以及月球之间的几何关系,综合考虑地球遮挡与地光条件、地影条件、日光条件与月光条件,本文推导出目标对于观测卫星的光学可见性判断模型,并建立了天基光学观测可见性预报方法。仿真实验结果表明,地球遮挡与地光条件是影响天基空间目标光学可见的最主要因素;在可见时间方面,天基空间目标光学监视系统对低轨目标的监视能力有限,而对高轨目标具有良好的监视性能。