为满足航天器在轨服务、主动碎片清除、空间攻防等新兴空间任务的需求,实现追踪航天器对空间目标的装配、维护、补给、抓捕等操作,以空间交会对接技术为基础的航天器近轨道操作技术的发展重点已经从合作目标变成了非合作目标,从地面测控和人在回路控制向自主操作转变。针对空间非合作目标不向追踪航天器提供有效合作标识、不与追踪航天器进行信息交互、可能具有姿态不稳定、外形和质量特性参数未知等特点,亟需发展新的空间非合作目标近轨道操作导航与控制技术。本文对未知物理特征和运动状态的空间非合作目标近轨道操作的导航与控制问题进行了研究,并探讨了组合体的质量特性参数估计和姿态稳定问题。首先,从姿态和轨道动力学的基本原理出发,建立追踪航天器相对于目标航天器的相对状态动力学。该相对状态动力学把所有相对状态量统一表示在追踪航天器本体坐标系中,灵活处理了控制指令耦合与控制输入耦合。然后,设计适用于最终逼近段的基于立体视觉的相对导航和参数估计算法,用一组参数描述非合作目标的质心位置和主轴指向,并对描述目标特性的各参数做出了不依赖先验信息的估计。接着,设计适用于最终逼近段的接近控制律,把包括目标质量特性参数、环境扰动、目标机动等因素在内的各不确定量进行统一处理,对不确定量进行了估计和补偿,成功实现了追踪航天器对目标航天器的姿态同步和位置跟踪。最后,对完成捕获后的组合体的未知慢时变质量特性参数进行了估计,并以此为基础实现组合体姿态稳定控制。