随着人类航天活动的日益频繁,空间碎片的数量日益增多。其中,失效卫星和火箭末级等大型空间碎片在碰撞、解体后会产生碎片云,严重威胁在轨航天器的安全,因此急需开展大型空间碎片主动移除研究。大型空间碎片受地球引力和残余角动量的影响,往往呈现出40 r/min以上的三轴翻滚运动,若直接对其进行消旋等接触操作会引起服务星失稳甚至失效,因此需要提前获取空间碎片的动力学参数。本文提出一种基于视惯融合的大型空间碎片动力学参数辨识方法,其中视觉数据通过双目相机获取,惯性数据通过惯性单元获取,且惯性单元通过空间飞矛与空间碎片连接。空间碎片的动力学模型是辨识其动力学参数的基础。基于欧拉-潘索运动与无力矩欧拉-泊松方程,建立了空间碎片的动力学模型,获取了空间碎片运动规律。开展了空间碎片动力学建模仿真研究,其结果证明该模型能够准确预测空间碎片的实际运动。针对惯性单元易受空间环境干扰导致其测量噪声增大的问题,构建了冗余惯性数据去噪方法。基于建立的空间碎片动力学模型,获取了惯性单元连体基转换关系,再基于最小二乘原理,实现了对惯性单元测量数据的去噪,同时估计了标记点到质心的距离。以加入高斯白噪声的惯性数据进行仿真,仿真结果显示去噪后惯性数据的实时测量误差降低到了1%以下,证明该方法能够为后续参数辨识提供准确的数据。质心是空间碎片消旋的定位基准,归一化角动量是消旋力的定向基准,对这两个参数的精确辨识是提高消旋、捕获成功率的关键。基于三角测量原理定位了标记点坐标,辅以标记点到质心距离,估计了各时刻带噪声质心,形成了质心点集,再基于无约束优化原理获取了准确的质心位置;利用去噪后的惯性数据、特征点坐标和质心坐标,估计了碎片连体基到惯性坐标系的变换矩阵,再利用欧拉-潘索运动的角动量特性,获取了碎片的归一化角动量,形成了消旋、捕获任务数据集。开展了质心与归一化角动量辨识仿真研究,仿真结果表明解算的质心三轴误差小于0.47 mm,归一化角动量误差小于0.0025 rad,证明该方法能够为消旋、捕获操作提供较好的定位、定向基准。搭建了空间碎片动力学参数辨识试验系统,进行了相关试验,其结果显示去噪后惯性数据误差小于1.1%,质心辨识误差小于0.49 mm,归一化角动量辨识误差小于0.0081 rad。试验结果证明,该方法能够为空间碎片的消旋、捕获操作提供准确的数据。