对空间非合作目标进行在轨操作时,需要对目标被操作部件进行识别,并对目标的运动参数进行测量,从而为操作控制提供相对导航信息。基于视觉进行空间目标逼近段相对导航是目前普遍采用的方法。本文对空间非合作目标在轨操作相对视觉导航中目标航天器姿控发动机喷管和星箭对接环这两种关键部件的识别,以及自旋稳定航天器转动参数测量的方法进行了研究。本文的主要工作如下。根据姿控发动机喷管底面成像后为椭圆形状的特点,采用一种结合椭圆几何性质的最小二乘拟合检测椭圆的方法,用于航天器姿控发动机喷管识别。该方法首先进行弧段提取,再对所提取的弧段分组进行椭圆拟合,并依据椭圆几何性质进行检测结果筛选。地面实物仿真实验表明,本方法能够在接近目标的过程中较为准确、快速地连续识别出目标航天器姿控发动机喷管。根据星箭对接环中心十字结构与边缘连接处典型结构特征成像后的几何和灰度特性,提出了一种基于数学形态学的星箭对接环识别方法。首先用不同的结构元对图像进行多步数学形态学处理,处理后的图像保留了原始图像中体现星箭对接环典型结构特征的有用信息,而去除了噪声和多余的细节信息;随后进行边缘检测和直线检测;最后对所检测主要直线边缘的相对几何关系进行分析,确定星箭对接环典型结构特征在图像中的位置。地面实物仿真实验结果表明,本方法能够在逼近星箭对接环被操作部位的过程中,以较高的正确率识别出星箭对接环典型结构特征。通过仿真实验分析了滤波去噪及多时刻联立求解对一种视觉测量学与刚体运动学相结合的测量自旋稳定航天器转轴方向和自旋角速度大小的方法提高解算精度的效果,并对该方法进行了误差影响因素分析。该自旋运动参数测量方法首先通过视觉测量得到目标表面多个特征点的位置和速度矢量,再根据刚体运动学原理计算目标的旋转运动参数。仿真实验表明视觉测量系统的测量误差和像机对目标观测时的方向选取等是影响自旋运动参数测量精度的主要因素;通过对冗余观测数据联立求解和对观测数据进行拟合、滤波处理,提高了自旋稳定航天器转轴方向和自转角速度大小的测量精度。