随着人类探索太空的脚步不断加快,全球每年卫星的发射数量在不断增加,航天器在轨服务技术已经成为延长航天器寿命,设备维护升级以及空间垃圾清除的重要手段。目前大多数在轨航天器都是非合作目标,即无法进行信息交互并且没有安装用于辅助测量的标识。如何准确识别非合作的主要结构和获得精确的位姿信息是实现非合作目标在轨服务技术的关键。因此,本文主要研究了双目视觉系统对近距离的非合作目标进行主要结构识别和相对位姿测量的相关问题。本文所设计的针对非合作目标结构识别和相对位姿测量的双目视觉系统主要可以分为以下六个部分:图像分割,结构识别,边缘处理、特征点提取与匹配、三维重构及尺寸位姿信息解算。本文为了实现目标物体和图像背景分割,需要建立精确的背景模型,本文设计了相邻帧目标移除的方法来构建当前帧图像背景模型;根据非合作目标各结构间的特征差异,设计了基于K-Means聚类的结构分割方法和基于几何特征的结构识别方法;为获得各结构平滑完整的边缘图像,本文采用形态学对结构图像进行处理;为获得精确的位姿信息,本文对双目视觉系统进行了精确的数学建模,并针对矩形目标,设计了基于霍夫直线检测的角点提取算法;针对椭圆目标,设计了一种根据旋转原理的姿态解算方法。最后构建了双目视觉地面仿真系统,其中包括运动模拟系统和双目视觉测量系统,使用Matlab进行编程,对本文所设计的双目视觉系统进行了仿真。通过实验仿真模拟了基于双目视觉系统非合作目标结构识别和测量的过程,并对卫星主要结构的识别和测量结果进行了检验。实验结果证明了所设计的系统具有识别速度快,测量精度高等优点。