长距离大范围短重访周期空间目标监视能力是确保空间财产安全和可持续利用轨道资源的关键。利用光学手段实现空间目标监视在探测距离、监视范围、系统体积功耗等方面优势明显,近些年受到广泛关注。定轨算法是天基光学空间目标监视系统实现监视功能的核心算法。研究定轨算法对了解监视系统性能,监视系统指标参数设计有重要意义。论文以天基光学空间目标监视系统为研究背景,从定初轨算法近似模型、基于最优状态估计的定轨算法、观测条件对定轨精度的影响、大视场天基光学系统对同步轨道目标监视能力四个方面展开研究,取得了一定研究成果。主要的内容和结论如下:论文第三章从目标轨道小偏心率近似和短观测弧段下目标直线运动近似两种近似模型出发研究了用于定初轨算法近似模型。在圆近似模型基础上增加了一级关于偏心率的修正,极大减小了系统误差。在较短观测弧段下利用直线运动近似模型从测量矢量残差最小推导关于目标状态为线性的定轨方程。证明两个参考矢量互相垂直且为单位矢量的必要性。指出拓展拉普拉斯算法和叉积测量模型存在缺少权重系数的问题。论文第四章在较短观测弧段下利用关于目标状态为线性的定轨方程推导关于目标状态的协方差矩阵。计算单个弧段得到的协方差矩阵,利用蒙特拉洛采样计算下一个观测弧段的先验估计使其拥有处理含摄动问题能力,用卡尔曼滤波实现多观测弧段数据定轨算法。实现定初轨、跟踪、编目合一适用于长弧段含摄动问题的定轨算法。论文第五章分析观测条件对定轨的影响。首先根据目标位置不确定度主要集中在视线矢量轴线的特点提出定轨误差估计理论。用含有明确物理意义的定位误差上限定量表示定轨精度。找出与其他没有对应物理意义的观测条件评价方法的数值对应。将观测条件分为观测几何和受观测器参数影响的观测误差、观测弧长、观测间隔两部分,利用定位误差上限定量分析观测条件对定轨精度的影响。提出用在旋转后坐标系中观测器倾角和观测器和目标赤经三个变量描述小偏心率观测器和目标任意可能的观测几何。发现观测器、目标与地球同一直线时定轨精度较差的现象。在观测间隔恒定的条件下给出定位误差上限与观测误差成正比、观测间隔的0.5次方成正比、观测弧长-2.5次方成正比的经验关系。论文第六章针对大视场天基光学观测器提出短重访周期监视整个同步轨道的观测计划,并利用定轨算法理论成果实现在此场景的定轨与初步编目算法。以确保对整个同步轨道目标达到一定观测弧长为准则,提出凝视7.5°轨道倾角虚拟目标相应平近点角的观测计划。根据有效观测范围的计算提出一次观测换一次凝视点的工作模式。将观测器视场分为长向视场和宽向视场两个部分。通过几何关系得到宽向视场需大于18°。给出长向视场到连续观测弧长到定轨效果的换算关系。通过仿真验证单个20°×40°视场观测器5弧秒观测误差10秒观测间隔在3个观测器轨道周期可以实现约98%同步轨道目标平均公里级别定位误差的定轨精度。