21世纪以来,世界各国越来越重视对太空的探索和航天活动对人类生活的改善,航天活动需求逐年增多,航天器发射数量也急剧增多。随着太空中的卫星数量越来越多,对执行重要任务的航天器进行在轨维护、对故障或失控航天器的捕获回收、对影响航天活动的太空垃圾的回收清理等问题越来越迫切紧要,日益成为航天领域的关键问题。由于变形、损坏的航天器与太空垃圾均属于非合作目标,想要解决上述这些关键问题,首先要实时地获取空间非合作目标的精确位姿。然而,目前多数的空间非合作目标位姿测量方案均采用单一的视觉传感器来实现,如相机或激光雷达等,并且依赖于先验信息,包括但不限于卫星的几何特征、纹理特征、地面人工识别等。为此,本文采用单目相机和激光雷达多传感器融合的方法,结合同步定位与建图（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）领域的方法,不依赖先验信息进行实时地非合作目标位姿测量,并搭建模拟实验场景进行验证。首先,设计基于单目相机的位姿测量子系统,利用自适应均衡化对图像进行预处理,保证后续的光流跟踪,再通过激光雷达点云获取深度值,进而解算特征点三维坐标,构建n点透视（perspective n point,Pn P）问题求解相对位姿,为了获取更加精确的大范围最优解,该算法还会加入回环检测模块,将多帧的位姿和回环关系放入图优化中进行更进一步的优化。然后,设计基于激光雷达的位姿测量子系统,利用直通滤波、统计滤波、体素化滤波三种方式对点云进行预处理,并结合相机位姿测量算法的结果对点云去畸变,采用迭代最近点（Iterative Closest Points,ICP）算法的变体求解相邻帧之间的位姿变换,此外,该算法还会对视觉回环进行验证,建立单独的图优化系统求解大范围位姿最优解,并对目标进行简单的三维重建,求解目标几何中心,从而估计目标的自旋速度。最后,设计位姿测量系统的图形化显示控件,该控件能够直接显示实时的测量结果和各个设备的采样结果,从而直观体现出系统的运行状态,方便后续的参数调整和结果分析,为基于相机和激光雷达的位姿测量系统的后续优化和创新提供了一定的技术支撑。