本发明涉及一种利用有限次视线测量对非合作目标进行相对定轨的方法，属于航天器导航制导与控制技术。首先重新建立交会运动描述基准。利用非合作目标含有误差的初值绝对轨道信息，建立虚拟坐标系；接着，在虚拟坐标系中，重新建立描述交会的相对运动模型和相对测量关系模型，即重新建立追踪飞行器和非合作目标之间的相对运动模型、重新建立相机测量的非合作目标的视线指向信息，其中，相对运动模型可以用于计算追踪飞行器和非合作目标之间相对位置和相对速度关系。最后，结合相对运动模型和视线信息，建立非合作目标相对轨道信息与关键若干次视线量测信息的关联方程，直接计算目标相对轨道信息，完成目标相对定轨计算。