空间目标捕获和锁定技术涉及卫星激光通信、激光雷达、空间对接、天文目标观测等多个领域。捕获和锁定过程中,捕获终端转动机构首先瞄准目标飞行器可能出现的区域,然后利用终端探测器捕获空间目标的光学信息,经过分析和判断,最后实现空间目标的快速锁定。　　根据空间目标是否主动向捕获终端提供有利于捕获和锁定的信息,可以将空间目标分为两类:一类为合作空间目标,即空间目标主动向捕获终端提供自身的运动信息和主动光信标;另一类为非合作空间目标,空间目标既不主动提供自身的运动信息,一般也不提供主动光信标,只能利用目标散射光信号进行捕获。在极端情况下,非合作空间目标甚至会利用调姿、变轨或者提供伪目标等技术手段减小被捕获和锁定的几率。　　根据运动学理论,非合作空间目标具有两个显著特点:(1)目标行为具有明显的随机性,即目标出现的空间位置是随机的、目标的运动方向是随机的、目标在空间某位置出现的时间是随机的;(2)目标的运动信息较少,即对于不确定的未知信息,在建模分析时也表现为一种随机特性。以卫星激光通信链路建立过程为例,由于光学终端实际的运行轨道和姿态与设计存在一定的偏离,使得其运动信息具有随机性分布的特点。在卫星链路建立初期阶段,目标终端首先利用其它途径(微波、激光测距等)进行卫星轨道的预报来获取不确定区域的信息,并控制地面终端指向要执行扫描的区域。本文中进行的在有限空域中的捕获和锁定过程研究同样是建立在已经通过粗导引(轨道预警、外推)手段获取了目标可能出现空域信息的基础上，实质上，这类过程同时具备了前文所述的非合作空间目标的两个运动学特点。此外,在激光雷达、空间对接、天文目标观测等研究领域,也同样存在着大量的具有此类特征的非合作空间目标。非合作空间目标捕获和锁定技术可广泛应用于军事和航天等敏感领域,开展与此相关的研究工作,突破关键技术、优化捕获策略和系统设计、从本质上提高系统性能指标,具有重要的理论意义和实际应用价值。　　本论文综合分析了国内外典型空间目标捕获平台的研究现状和进展,阐述了典型平台结构下的捕获锁定基本过程,详细分析了非合作空间目标捕获和锁定技术研究的重点和难点。　　通过研究影响非合作空间目标捕获和锁定的主要因素,并结合目标捕获和锁定的物理过程,建立了目标捕获的概率模型。研究了目标捕获概率随瞄准偏差、捕获带宽、目标随机运动等因素变化的规律,并通过仿真验证了理论模型的正确性。为定量研究大气湍流对近地空间目标捕获锁定的影响,提出采用Non-Kolmogorov湍流模型来刻画大气湍流造成的光束到达角起伏和光强起伏,并通过理论分析和数值仿真说明了这种研究方法的有效性。　　针对光学探测器图像处理速度制约非合作空间目标捕获锁定时间和概率的问题,本论文提出了改进型光流速度矢量分解矩匹配快速帧处理方法,解决了非合作空间目标在大视场下捕获的快速识别问题,有效提高了目标光学捕获效率,并建立模拟实验系统验证了这种快速帧处理方法的有效性。　　论文最后分析了影响非合作空间目标锁定伺服系统运行效率的主要原因,提出了一种能够提高控制系统启动时间、平滑控制效果的“软润滑”控制方法,能够平稳锁定非合作空间目标并显著提高目标锁定速度。结合上述方法设计并进行了非合作空间目标捕获和锁定实验,结果验证了该软润滑控制方法的有效性和优效性。　　本文的研究工作为空间光电探测和通信系统的自主跟瞄、目标捕获和锁定等关键技术奠定了理论基础,对空间对抗系统、卫星光通信系统、空间目标捕获系统的设计、参数优化和控制算法优化等提供了理论和实验参考。