因为空间非合作目标结构特征以及运动特性未知,所以对空间非合作目标的相对位姿测量一直以来是一个难题,目前国内外针对空间非合作目标的相对位姿测量主要使用立体视觉的方法,但是该方法仅适用于近距离、小尺度下的空间非合作目标的相对位姿测量。针对这一问题,本文提出了一种对距离、尺度不敏感的基于单目与激光融合的高精度的空间非合作目标结构恢复与相对位姿测量方法,该方法实现了搭载相机载荷卫星绕飞与逼近空间非合作目标过程中的目标三维结构恢复以及卫星相对空间非合作目标位姿测量。本文开展的主要工作如下:(1)针对传统单目算法需要进行大量特征点描述子计算以及存在大量误匹配问题,本论文提出了基于FAST角点与LK光流的连续图像序列的特征点提取与匹配方法。利用该方法获得图像序列的特征点和匹配关系后,对开始的一对图像利用其匹配特征点对使用RANSAC五点法得到目标三维点云和相机外参,对后续添加的图像使用RANSAC EPNP算法解算新添加图像对应相机外参并不断恢复目标三维点云,最后使用BA优化算法提高解算的相机外参与目标点云的精度,使用回环检测与优化算法消除累计漂移误差。实验表明该方法相较传统方法将得到更高精度目标点云。(2)针对传统单目视觉缺乏真是尺度以及精度不高的问题,本论文提出了一种单目相机与激光测距融合的相对位姿测量方法。该方法首先利用投影激光测距点的方法建立激光测距点与恢复深度特征点的关联,接着利用激光测距和关联特征点点到当前相机光心的距离为单目视觉引入真实尺度,再利用激光测距点三维坐标和关联特征点三维坐标构造误差项添加至全局BA中进而求解得到更高精度的相机外参以及目标三维点云,最后提出重定位方法,解决相机坐标系到目标本体系的转换关系的问题。(3)对空间非合作目标相对绕飞工况以及逼近段工况进行仿真实验发现,利用单目相机与激光测距融合的方法解算得到的三轴位置与三轴欧拉角都具有较高精度,验证了本论文提出的算法。