随着航天技术的发展和相关应用的深入,卫星等空间目标的数量日益增加,空间目标监测的重要性不断提高。而随着空间态势感知能力的提升,监测任务已不再局限于探测和跟踪,在轨姿态作为反映空间目标运动状态的重要参数,也受到了越来越多的关注。逆合成孔径雷达（Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR）具有全天时、全天候、远距离探测的能力,可以对目标进行高分辨率二维成像,获取目标的形状结构等特征信息,如何利用空间目标ISAR成像结果实现对其在轨姿态的精确估计,是目前空间目标特征提取领域中的挑战性问题。然而,由于地基ISAR系统在军事领域的重要性,国内外公开的空间目标ISAR实测数据很少,相关算法研究大量依赖电磁仿真数据,而现有的电磁场分析软件计算效率不高。因此,结合图形处理器（Graphics Processing Unit,GPU）的大规模并行计算能力,实现对目标电磁散射特性的快速计算,以支持高效的ISAR回波模拟和成像仿真,将有助于空间目标在轨姿态反演方法的研究。针对上述问题,本文主要研究空间目标电磁散射特性并行计算方法以及空间目标在轨姿态估计方法,本文主要内容包含以下三部分:1.介绍了空间目标ISAR观测和成像的基本原理。给出了ISAR距离-多普勒成像算法的处理流程,推导了ISAR成像各步骤对应的回波信号的表达式,阐述了ISAR图像距离向和方位向高分辨率的实现原理,为后文对空间目标回波模拟和姿态估计方法的研究打下理论基础。2.针对现有电磁场分析软件计算效率不高的问题,提出了电磁计算弹跳射线法的GPU并行实现方法。首先,介绍了基于统一计算设备架构（Compute Unified Device Architecture,CUDA）的GPU通用编程及其程序优化思路。然后,推导了物理光学电磁计算方法的积分公式,给出了弹跳射线法（Shooting and Bouncing Ray,SBR）的算法流程,并详细分析了其中加速结构、射线追踪、电磁计算等关键步骤的优化策略,设计了算法核函数和软件整体并行框架。最后,利用弹跳射线法计算目标电磁散射特性,实现了空间目标ISAR回波模拟,并通过对比实验结果验证了本文实现的电磁计算方法的有效性和高效性。3.针对自旋运动空间目标在轨姿态反演难题,提出了一种ISAR图像序列等效雷达视线拟合的目标姿态估计方法。首先,本文利用数字图像处理技术提取空间目标的整体轮廓。然后,通过智能优化算法搜索与实际ISAR图像序列最相似的理论投影图像序列,从而确定各帧ISAR图像对应的等效雷达视线参数。接着,融合序列图像信息,根据ISAR观测过程实际的雷达视线与等效雷达视线间的转换关系,通过最小二乘曲线拟合,确定目标初始姿态和旋转参数。最后,电磁仿真数据实验结果验证了本文所提出的空间目标姿态估计方法的有效性。