随着大口径光学望远镜技术及自适应光学系统的发展,空间目标观测图像分辨率可以达到接近衍射极限,为空间目标探测识别提供有效数据支撑。在高分辨率空间目标图像基础上,利用图像分析技术可以进一步获得目标的尺寸、姿态、形状、轨道参数等重要目标特性。其中,目标姿态分析结果可广泛应用于卫星分类识别、任务状态评估、探测器指向判定和异常行为探测等方面,空间目标姿态分析方法研究是重要研究方向。在综合考虑现有姿态分析方法基础上,结合光学望远镜观测数据特点,从实际工程应用考虑出发,本文提出了三维模型姿态匹配的姿态分析方法。姿态分析方法主要针对已知3D模型和目标轨道根数的观测目标,首先对观测图像进行恢复处理以提高姿态分析准确度,然后对望远镜观测过程进行实时仿真获得观测理想图像,最后通过目标模型姿态搜索策略调整目标模型姿态,使仿真观测图像与实际观测图像匹配至最优。姿态分析过程主要涉及三个关键技术:快速图像恢复技术、空间目标在轨仿真观测技术和三维模型姿态匹配分析技术,本文对此进行了深入研究。(1)快速图像恢复技术在多帧盲解卷积(MFBD)算法基础上,对代价函数了进行并行化改造,提高算法的并行化程度;同时设计了GPU集群并行化运行方法,将并行化改造的MFBD程序部署到了GPU计算集群中,实现对观测图像的快速恢复。(2)空间目标在轨仿真观测技术在视景仿真技术基础上设计和开发了空间目标在轨视景仿真观测系统。根据卫星目标模型、卫星星历数据和光学系统参数等信息,利用视景仿真技术仿真模拟地基光学望远镜观测过境卫星过程,获得与实际观测效果一致的理想图像。目标模型姿态可以实时进行调整以获得不同目标姿态的仿真观测图像。(3)三维模型姿态匹配分析技术提出了基于三维模型姿态匹配的空间目标相对姿态分析方法。通过空间目标在轨仿真观测技术实时获得仿真观测理想图像,利用梯度搜索方法,来求解仿真观测图像与实际观测图像最大相似度测量问题。当仿真图像与实际观测图像相似度最优时,目标模型姿态即可认为是真实目标的姿态。仿真实验分析结果表明,在理想情况下,当输入的初始姿态值在有效范围内时,模型姿态可收敛到真实值附近。