本发明公开了一种基于深度神经网络的无源探测定轨方法，包括以下步骤：步骤1，定义航天器训练数据发生器，并通过该数据发生器得到深度神经网络的训练数据；步骤2，预处理步骤1产生的训练数据，得到标准化后的数据；步骤3，定义深度神经网络，确定合适的参数，通过标准化后的数据离线训练该深度神经网络，得到仅测角相对定轨的非线性相对运动模型；步骤4，将所述非线性相对运动模型部署在感知卫星上，将相对测量角输入模型中，实现对目标卫星相对轨道的在线确定。本发明通过对模型输入三组相对视线测量角进行一一映射的方式设置，从而实现对在轨道上非合作目标的无源探测相对轨道确定。