为了提高天基光学传感器观测空间目标的定位精度,基于天文定位原理,提出了一种天基空间目标双星立体天文定位方法.首先,根据光学载荷固有参数,分析了空间目标在光学传感器上成像特性,选择阈值质心法精确提取目标在二维像平面上位置.接着,基于目标到观测传感器全链路坐标投影变换关系,建立了地球惯性坐标系下目标的观测矢量模型.然后,结合最小二乘法准则,建立了双星立体天文几何定位模型,完成空间目标从二维图像信息到三维空间信息的投影变换.最后,搭建地面实验生成了含空间目标的星空图像,并完成了定位算法验证和误差仿真分析.实验结果表明:当定位模型中没有误差时,定位精度可达10-5 m;当同时存在卫星位置误差、卫星姿态误差、卫星轨道误差、相机安装误差和图像处理误差时,定位误差分布为均值为零,标准差为114.62 m的高斯分布,基本满足定位需求.本文的研究工作可为天基空间目标的高精度检测定位提供参考.