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。

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。