对非合作空间飞行器进行轨道确定是开展空间探测、轨道监测和态势感知等空间任务的前提之一。本文针对非合作空间飞行器轨道确定过程中涉及的问题，在总结现有轨道确定方法的基础上，对基于机动观测平台序列图像的非合作空间飞行器轨道确定方法进行深入研究。　　 首先，分析了利用机动平台单目成像系统对非合作空间飞行器进行观测所获得的图像序列的特征。针对机动平台成像的特点，推导并建立了从图像坐标系到成像平面坐标系再到天球方位坐标系的空间变换关系矩阵模型。根通过对图像序列中目标运动趋势的分析，建立非合作空间飞行器运动趋势模型，计算出图像序列成像时刻空间飞行器的测角数据。　　 其次，通过分析机动平台与非合作空间飞行器之间的矢量关系，在细化斜距定义的基础上，提出了真平均运动角速度与视平均运动角速度的概念，并建立了基于二者的约束方程，实现了利用非合作空间飞行器测角数据对在轨斜距的最优值估计。在此基础上，把对非合作空间飞行器的轨道确定问题，归结为根据图像序列计算测角数据和根据测角数据确定观测斜距。通过建立基于斜距估计的轨道确定模型，求出非合作空间飞行器的状态矢量，提出了基于微分原理的迭代算法计算出空间飞行器速度矢量，解决了现有轨道确定方法对空间飞行器距离观测量的依赖问题。　　 再次，提出了基于弧长大小的轨道确定源数据两种选取方法：长弧法和短弧法。根据此二方法分别对高、低轨两类非合作空间飞行器进行了图像序列中非合作空间飞行器坐标与对应测角数据计算、成像时刻在轨斜距与观测斜距计算、位置矢量和速度矢量计算、机动平台位置矢量和初始轨道根数计算，并对计算得到的初始轨道根数进行了分析。针对高、低轨两类非合作空间飞行器长、短弧法初始轨道误差计算，分别进行了两种方法计算结果的误差对比分析，并对高、低轨两类非合作空间飞行器初始轨道误差进行了对比分析。　　 最后，分析了两类特殊轨道的特点，建立了适于测角数据量测方程的轨道根数改进方法与模型，分别对高、低轨两类非合作空间飞行器进行了轨道改进，并对改进结果进行验证与分析。