系外行星探测和研究是当今国际天文学研究的热点。1995年，Mayor和Queloz采用视向速度法在飞马座51附近发现了第一颗围绕着主序恒星运动的木星质量量级的系外行星51Pegasi b[1]。近年来，随着天文探测技术的进步，特别是Kepler空间望远镜的成功发射和观测，新的系外行星不断被发现，其数量明显增多。根据系外行星网站(exoplanets.eu)统计，截止2016年04月20日，已确认发现2108颗系外行星，隶属于1350个行星系统，包括511个多行星系统;此外，4000多颗系外行星候选体需进一步认证。在这些已发现的系外行星中，绝大多数为气态巨行星和热木星（约占70％），部分为超级地球(20％)和地球质量大小的行星(2％)，但尚未确认存在生命的类地行星系统。　　系外行星的探测方法分为间接探测和直接成像，间接探测有视向速度法、天体测量法、脉冲星计时法、凌星法、微引力透镜法等[2]，目前实际观测中采用最多的是视向速度法和凌星法。天体测量法至今只发现了一颗系外行星HD176051 b[3]。2009年以前，由于HARPS(High Accuracy Radial velocity PlanetSearcher)的应用[4]，视向速度法为主要的探测方法;2009年由美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)建造的开普勒太空望远镜发射升空，凌星法逐渐成为主流方法，目前该方法已发现超过1300颗系外行星(exoplanets.eu)。2013年12月19日，欧洲空间局(EuropeanSpace Agency，ESA)研制的Gaia空间望远镜升空，其目的是以前所未有的精度对银河系内数以十亿计的恒星进行观测，测量他们的位置、距离和运动，其观测效率将比同样由ESA发射的依巴谷卫星高出数百万倍[5]。因此，人们对于利用Gaia开展太阳系与系外行星的探测寄予厚望。　　第二章，全面总结了基于轨道根数的天体测量方法涉及的理论基础。对于由一颗恒星和多颗行星组成的系外行星系统，Wright和Howard于2009年建立了基于轨道根数的天体测量法对应的观测方程[6]，其在赤道坐标系下，包含了视差、自行以及轨道根数等物理几何参数，对于只有一颗行星的二体问题，我们通过二体问题运动分析解和参数估计理论，可以给出上述参数的最优解。稍加分析即可发现，基于轨道根数的天体测量方法当行星轨道偏心率e=0时因状态转移矩阵奇异而失效，特别是对于多行星系统，基于轨道根数的状态方程和状态转移矩阵计算都非常复杂，不便于实际应用。　　第三章，给出了基于坐标速度的天体测量方法对应的观测方程、运动方程和状态转移方程。针对多体系统动力学特性，为建立简洁可行的确定系外行星轨道的天体测量方法，提出采用坐标速度描述。不仅可以避免e=0对应的状态转移矩阵奇异问题，而且可以显著减少整个计算的复杂性。　　第四章，针对行星的轨道特征进行了仿真模拟计算并作了一些分析。通过对Gaia精度的分析，给不同的模型数据增加相应的观测误差，得出了观测数据越多和观测误差越小使得轨道确定的拟合结果越可靠的结论。另外，针对轨道确定的迭代初值的选取作了一些讨论，推导了行星轨道确定时初始估计满足的约束条件，由此可以显著提高轨道确定时微分改正的收敛效率。　　第五章，推导了三体问题（一颗恒星两颗行星）的计算公式。这一部分是为了将来针对多体系统的轨道确定作准备的。　　第六章，给出本文的结论，同时也讨论存在问题及其解决途径。