随着人类探索航天的脚步不断深入，空间交会对接、在轨服务技术越来越受到重视。基于视觉的相对测量技术是交会对接过程中的关键技术，而立体视觉是实现非合作目标测量的有效手段。针对交会对接中对非合作目标的相对位姿测量任务需求，本文研究了使用双目视觉对交会对接近距离阶段进行相对位姿测量的相关问题。主要设计了两种双目视觉实时测量系统，分别针对尺寸未知的非合作矩形太阳帆板，以及非合作圆形星箭对接环和发动机喷嘴实现实时测量，并通过地面实验仿真系统对所设计方法的实时性和精确性进行了验证。针对非合作矩形太阳帆板的双目视觉测量系统可以分为以下六个部分：图像预处理，特征点提取，特征点匹配，三维重建，目标识别与跟踪，相对位姿测量。为兼顾实时性和精确性要求，本文采用亚像素级特征点提取方法获得目标特征信息；对基于灰度的匹配技术进行改进，提高匹配精度；设计了针对矩形目标的几何阈值筛选策略，并通过ROI实现跟踪测量；最后使用相对位姿测量算法计算出目标的相对位姿信息。针对非合作圆形星箭对接环和发动机喷嘴的双目视觉测量系统可以分为以下四个部分：图像预处理，最小二乘椭圆拟合，成像圆锥求圆心和法向量，三维重建法确定目标半径。本文设计了一种最小二乘椭圆拟合策略，能够快速有效识别出目标中的椭圆；然后构建了成像圆锥模型，以解算目标的圆心和法向量坐标；最后使用三维重建法求解目标半径，获得了较高的精度。最后构建了交会对接地面实验仿真系统，系统包括运动模拟系统和视觉测量系统，并使用C++编程设计测量软件，实现本文设计的双目视觉测量系统算法。通过模拟交会对接过程，进行了航天器相对移动、转动，以及速度、角速度，半径变化等相关实验。实验结果证明了所设计方法的有效性。