空间态势感知包括对空间目标的探测、跟踪、识别,对空间事件的评估和预报等,是了解与应对空间威胁、确保空间安全的基础。天基空间态势感知系统可分为综合式单星平台与分布式多星平台,后者具备空间大范围及立体综合观测的优势,是未来的发展趋势。本文重点研究分布式编队下的非合作目标跟踪问题。研究基于双星编队系统实现对100km以内的非合作目标定位跟踪,利用在单星上安装的可见光相机对目标进行同步成像,建立目标星轨道动力学方程,以双目视觉定位获取的相对位置信息代替测角信息实现对空间非合作目标的高精度快速跟踪。论文主要研究成果如下:(1)基于成像系统约束,针对100km内非合作目标,构建了变外参双目模型误差传递算法,评估给出双目编队系统的核心指标,包括双星编队基线要求,可见光相机参数,目标质心提取精度,及姿态测量精度等,完成了系统方案的选型设计。(2)分析了定位算法对于双星编队的构型要求,包括基线最短长度、基线稳定度、基线测量精度等,研究了双星编队构型设计方法,并利用非线性优化算法提升J2摄动影响下双星编队构型的稳定性。对于设计值100m的编队基线,方法使基线漂移幅度由28.1166m优化至4.4047m。(3)提出了基于双目编队外参自标定方法的非合作目标跟踪方法,利用姿态敏感器实现了双目相机相对外参的自标定。结果表明,自标定方法修正了双目相机外参不固定所导致的定位偏差,实现了无需初轨确定的高精度快速目标跟踪。其100km内目标三轴定位误差控制在10m量级,测速误差控制在10m/s以内,收敛时间优于100s。综上所述,本文通过对双星编队非合作目标的误差建模,给出了满足要求的编队构型设计和优化方法,并解决了双目相机外参不固定所引入的定位偏差,完整的提出了基于双星编队的天基空间态势感知技术解决方案,通过仿真验证评估了方法的有效性,对后续天基分布式态势感知系统建设提供了一定的参考。