在执行对空间目标跟踪,捕获等空间任务时,需要对空间场景中的各种目标进行成像观测。但由于一些因素的限制,无法获得空间目标在各种姿态和光照条件下的实际成像结果,且开展此类实际实验成本太高;因此开展地基光学成像仿真模型与方法研究对于空间目标成像观测具有重要的应用价值。本课题将以地基光学仿真成像仿真观测实验为背景,具有复杂表面的空间目标为目标,深入研究和讨论空间目标的光学特性建模和成像仿真计算方法。论文的主要研究工作包括以下三个方面:(1)复杂表面空间目标的几何特性和光学特性建模,提出了针对复杂表面空间目标的几何结构建模方法,利用有限元分析软件将模型进行网格划分,并着重对微表面尺度较大的目标部件利用分形几何思想进行进一步几何结构模型构造,经过实验验证这种方法能有效的表示出微表面尺寸较大的表面的特性;并针对空间目标表面不同材质提出了适合每种材质特性的光学特性模型,且实验验证其光学特性模型符合实际材质在光线下的性质。(2)仿真成像辐射特性解算,成像仿真主要目的是求出成像场景中相机像面每个像素点的像素值,论文中采用光线追踪算法理论探讨仿真成像计算方法,使用投影相机模型解决物像成像变换关系,并利用辐射传输方程解决光线传输过程中的辐射传输特性,而蒙特卡洛方法对辐射传输方程中的积分进行求解,最终计算出从像面发出的每根光线的辐射度作为像素值。(3)复杂表面空间目标仿真成像方法实现,使用C++语言对成像仿真过程进行编程模拟,首先编写stl文件的读入函数导入空间目标几何结构,赋予空间目标表面每个离散化三角面元其对应的BRDF值,并利用光线追踪程序pbrt接口实现对复杂表面空间目标的成像仿真;结果表面生成的仿真图像较为理想。