空间碎片对航空活动所造成的危害日益严重，为了保障在轨运行航天器的安全，各国都在积极研究对付空间碎片问题的有效方法。本文针对空间碎片的探测问题进行研究。考虑到我国的国情和空间碎片探测方面的现状，本文提出以微小卫星为探测平台，星载可见光相机为探测器的天基探测方式，对轨道环境中的纯方位定位问题进行研究。 文中首先从单星定位入手，利用一颗小卫星及其上所携带的可见光探测器来测量目标的角度信息并采用卡尔曼滤波算法解算探测器与目标之间的相对位置，从而实现定位。仿真发现定位结果不收敛，误差在一定范围内振荡。可观测性分析证明，由于探测平台的运动受到轨道运动规律的限制，且观测值只有角度信息，使得观测系统的条件数较大，可观测性较差。 为了克服单星定位可观测性差的不足，在接下来的研究中增加了一颗携带可见光相机的小卫星，采用双星方式对目标定位。为了让两部探测器在空间中能够始终保持较近的距离，形成协同工作的状态，可以通过轨道设计使两颗小卫星形成伴飞关系。在每个采样时刻根据两部探测器分别获取的两组角度值，采用最小平方误差法来对目标进行实时定位，这一过程称为静态定位。考虑到目标的轨道运动规律，在静态定位的基础上采用卡尔曼滤波算法，就是说将每一时刻的静态定位结果作为观测值输入滤波器进行滤波，以达到进一步提高定位精度的效果。仿真结果说明双星静态定位结合卡尔曼滤波的方法是有效的，并且具有较高的定位精度。 随后，对双星定位误差进行了分析，总结了在探测系统性能一定的情况下，探测三角形对定位精度的影响作用，并以此为指导对双星探测构型进行了分析与设计。