随着空间技术的发展,空间任务变得越来越复杂和多样。与此同时,我国对空间的探索和利用不断深入,对于天基观测任务的开展也越来越丰富。其中对空间目标的天基观测任务也越来越多。不仅如此,相应的对天基可见光观测空间目标图像数据的研究和需求也越来越多。但是受限于资金和成本有限,以及在轨时间有限和可观测时间窗口有限等问题,天基观测的图像数据较为稀缺。且由于保密等原因,能够获取用来研究的空间目标种类和图像数据的数量更是稀少。所以对于空间目标的可见光特性的研究和仿真工作十分必要且紧迫。本文首先研究了光线在空间中传播的规律,给出了光线辐射的概念和定义。并依据此理论,给出了描述空间目标表面材质对光线的散射特性的双向反射分布函数(BRDF)的概念,并研究了不同方法给出的BRDF的特点。然后根据BRDF给出了基于物理的图像绘制(渲染)方法。并且该方法中为了求解物体表面微元上的辐射半球积分引入了蒙特卡洛方法,本文给出了蒙特卡洛路径追踪的推导过程。为后续真实可见光特性仿真做铺垫。本文通过建立空间目标模型,空间光照模型,空间相机模型,并给出了蒙特卡洛路径追踪中采样方法和解算过程等,使用C++语言完成了空间目标可见光特性的仿真工作。并做了大量实验,给出了不同照射方向的仿真结果。结果显示,本仿真工作能够准确表示出空间目标的可见光特性。并且给出了卫星不同姿态下的仿真结果,为后续章节提供宝贵研究材料。本文基于对空间目标可见光特性的研究与仿真工作,应用仿真结果,研究了空间目标运动状态的判断方法。研究表明本文方法能够通过图像准确获得空间目标姿态旋转角速度等的运动状态。