非合作目标因其缺少合作标识、又可机动变轨、具有攻击属性，是空间领域新兴的研究对象、潜在的敌武器，也是未来空间攻防的核心，正日益成为世界各航天大国竞相争夺的焦点。对其进行研究，测量是基础，在轨操作是核心。但在当前研究中，由于受到天基测量自主性不高、测量信息易丢失、系统稳定实时性差等因素限制，对非合作目标的研究遇到了瓶颈问题。为了更快突破和掌握与非合作目标相关的技术，在现有设备硬件条件下，研究针对非合作目标的新的测量机制及在轨操作方法是有重要意义的。论文以此为背景，重点进行了以下几个方面的研究：（1）研究了对非合作目标及其在轨操作的形式化建模。在对现有非合作目标概念界定分析基础上，通过形式化建模语言，对非合作目标进行了形式化建模，可以有效克服自然语言定义产生的歧义性、提高工作效率；采用轨道快速确定方法，划分了非合作目标运行轨道的合作段与非合作段，对非合作目标的科学、精确描述进行了探索性的尝试。（2）研究了在不使用GPS情况下新的组合相对测量机制。针对未来空间战中GPS易受敌对国控制、干扰等问题，提出了在不使用GPS情况下，采用微波雷达、激光雷达、CCD光学敏感器三种空间测量设备对非合作目标进行组合测量的新机制。此方法可作为空间相对测量的一种新思路。（3）研究了在测量信息丢失条件下的信息融合问题。针对测量设备在对非合作目标测量过程中测量信息易丢失，信息丢失后怎样对非合作目标进行跟踪的问题，提出了基于UKF滤波的信息融合算法，通过仿真验证，该算法可以获得较高的信息融合精度，可以确保多传感器信息的有效融合。（4）研究了快速确定相对轨道的方法。针对非合作目标测量模型不精确，目标易机动、逃逸的问题，采用UKF算法对非合作目标相对轨道进行滤波估计，通过仿真，即使在测量信息不完全的情况下，仍然能够满足相对轨道确定的要求。（5）研究了适用于多种模式下的自适应控制问题。在轨操作任务多样，包含交会对接、拦截打击等多种机动模式，且对系统稳定的实时性有着很高要求。通过研究Lyapunov稳定性理论，提出了Lyapunov自适应接近控制律，该控制律既适用于交会对接模式，也同样适用于拦截打击模式，对于非合作目标的运动特性具有很好的适用性，可解决空间攻防中“攻”的问题。总之，非合作目标是当前空间攻防的热点，针对非合作目标的相关研究正在受到越来越多国家、机构的重视，我国作为新兴的航天大国必须掌握相关核心技术。论文对非合作目标的研究工作，有助于对非合作目标及其相关技术的准确描述，属于基础性概念研究，为今后的研究提供了理论和技术基础。