空间物体之间的相对定距,相对导航以及相对姿态测量问题已经成为空间在轨服务的基础性问题。本文主要针对空间主动航天器回收失效在轨卫星过程中,基于单一光学敏感器而涉及的非合作目标卫星相对位置姿态测量问题展开研究。考虑到太空中边缘端控制器在功耗和稳定性方面的限制,本文主要研究了基于ZYNQ的裸机单目视觉空间非合作目标相对位姿测量关键技术。主要研究内容包括:（1）针对高精度可见光敏感器测量系统试验任务,确定了星载测量系统总体方案。设计了以Xilinx ZYNQ-7000 SoC为核心的系统硬件架构,实现了基于OV5640可见光相机的单目视觉图像处理算法系统和部署方案。系统处理速度对比结果显示,基于ZYNQ的软硬件协同设计加速效果显著,充分发挥了其中FPGA高能效比优势。（2）依托自建训练数据集和测试数据集,研究了 HOG-SVM目标识别算法以及算法在ZYNQ端的测试。HOG-SVM是一种基于特征和机器学习方法的识别算法,在此基础上实现算法处理效率和稳定性的提高,相较于其他目标识别算法,目标卫星识别查准率和召回率分别提高到94.1%和97.4%。（3）针对特征提取算法效率低的局限性,提出了一种基于FPGA的霍夫直线变换特征提取方法,再通过点特征测量方法中的P3P方法进行位姿解算。结果显示位置误差率在均控制在4%以内,欧拉角的误差控制在2°左右。基于霍夫直线变换的特征提取效率为得到了大幅提升,每帧图像处理时间仅0.76ms。（4）针对位姿结果的漂移和噪声问题,设计了卡尔曼滤波目标位姿和运动状态估计算法,实现了对单轴转动目标星转动角速度的估计,并反馈到位姿测量过程中,完成偏航角的修正和估计。实验表明,旋转角速度估计值误差率为3.283%,对位姿结果的反馈带来积极影响。通过上述研究与论述,本文在模拟太空环境的气浮台试验场地,完成了测量验证。结果表明,星载测量系统方案具有较强的鲁棒性和准确性,核心硬件系统功耗约3w,软件系统测量的关键指标均满足要求,位姿测量方案充分满足系统运行效率的要求。针对空间控制器可靠性的要求,本文研究内容的星载系统裸机运行,实现了位姿测量系统软硬件协同设计。本文研究的相对定距和位姿测量成果对于空间任务与服务的研究具有一定的价值。