光电探测技术是空间目标任务中常用的信息获取方式,是空间态势感知领域的重要发展方向。新一代空间目标光电探测系统的发展具有多谱段、多方式、一体化等特点,在系统研制的设计、测试、评估等阶段迫切需要数字仿真技术提供工具支撑。视觉导航是光电探测技术的重要应用方向,空间在轨服务任务需要适应能力强、测量精度高、处理速度快的空间目标视觉导航算法支持。本文立足于我国空间目标光电探测系统发展过程中的数字化技术需求,在光电探测场景仿真和空间目标视觉导航关键技术两方面开展了深入系统的研究。在场景仿真技术方面的研究成果已经应用于相关空间目标光电探测系统的测试和评估工作中,在视觉导航算法方面的研究成果为我国空间在轨服务导航技术的发展提供了地面仿真测量技术支持。论文的研究工作从以下五个方面开展:在空间目标成像仿真建模方面,采用光线跟踪方法实现了空间目标物理成像仿真计算;对蒙皮表面和尾焰介质两类目标进行了辐射特性建模,根据它们的辐射特点提出了直接光照多重重要性采样蒙皮反射辐射亮度优化计算方法和混合积分尾焰出射辐射亮度优化计算方法;在此基础上,对隐身飞机蒙皮和尾焰在不同探测场景中的谱段红外辐射特性进行了研究,对固体粒子尾焰红外辐射抑制主要影响因素和抑制规律进行了仿真分析。在探测背景成像仿真建模方面,从实测图像中研究了临边背景辐射亮度的水平和垂直分布规律,建立了临边背景红外辐射特性统计模型,在此基础上提出了临边背景红外图像快速仿真方法,通过仿真实验对方法的准确性和有效性进行了验证;建立了恒星的成像定位和辐射特性模型,基于星表数据库实现了深空恒星背景图像快速仿真。在光电探测场景仿真系统总体设计与集成方面,通过对国外成熟光电探测场景仿真软件的研究分析,开展了仿真系统的组成结构、主要功能和关键技术总体设计工作,对仿真系统数据模型类和仿真计算流程进行了通用方案设计;在此基础上,集成出空间目标天基红外探测场景仿真系统和空间目标导航相机数字成像模拟源,展示了相关研制方案和应用成果。在空间合作目标视觉导航算法方面,基于光电探测场景仿真技术研究成果,使用空间目标导航相机数字成像模拟源软件系统,开展相关研究工作。通过建立三维模型和测量图像的边缘轮廓合作投影关系,扩展了合作目标视觉导航技术的应用范围;采用“离线模板生成+在线搜索匹配”的方案实现了目标位姿状态的搜索匹配解算,通过图像金字塔对二维图像搜索匹配过程和三维位姿搜索匹配过程进行了加速;通过仿真实验对方法的准确性、稳定性和计算效率进行了验证。在空间非合作目标视觉导航算法方面,基于光电探测场景仿真技术研究成果,使用空间目标导航相机数字成像模拟源软件系统,开展相关研究工作。将对接环作为目标识别和位姿解算的参考特征,针对复杂噪声环境的测量图像提出了一种对接环轮廓提取方法;采用双目视觉测量方案,基于对接环轮廓和环外参考特征点实现了目标六自由度位姿状态解算;基于几何对称性和最短路径原则确定了对接环上抓捕点,通过单目相机和激光测距仪实现了抓捕位置和抓捕角度解算;通过仿真实验对方法的准确性和稳定性进行了验证。