随着人类对外太空的不断探索，卫星维修、卫星攻防以及空间碎片清理等航天任务的不断开展，非合作目标跟踪和位姿测量技术的重要性越来越明显。本文对基于双目视觉的非合作目标相对位姿测量和非合作目标视觉跟踪进行了深入研究，并设计实现了跟踪和测量系统平台。首先，本文介绍了非合作测量和跟踪现状，建立双目视觉测量和三维重建模型，并着重研究了极线约束下的三维重建方法，完成了双目立体标定和立体校正实验。然后，本文提出了基于双目视觉的非合作目标相对位姿测量方案，该方案将航天器典型特征作为识别特征，建立起针对非合作目标的测量模型。为保证姿态测量的实时性和稳定性，本文提出了帆板轮廓和喷管轮廓相结合的策略，该策略有效保证了非合作目标识别的准确性；将噪声抑制函数引入SSD匹配，提高了匹配速度和匹配准确性。其次，本文为实现非合作目标的动态跟踪，深入研究了MeanShift跟踪算法，提出了基于纹理特征(LBP)、尺度自适应和模板更新的LSMS算法，并利用多组标准图像序列进行仿真验证。改进后的Mean Shift算法(LSMS)在尺度自适应、迭代次数和跟踪误差等方面明显优于原始Mean Shift算法。最后，利用VC++和OpenCV完成了双目视觉测量和目标跟踪物理实验平台的搭建，并对本文提出的非合作测量方案和基于LSMS的目标跟踪方法进行了物理仿真和误差分析，验证了该物理实验平台的准确性和有效性。