本发明公开了一种慢旋空间目标在轨姿态及旋转参数反演方法，包括：获取雷达回波数据的ISAR图像序列；对ISAR投影模型进行建模；基于ISAR投影模型构建训练数据集以对预先设计的深度学习网络进行训练，并利用训练好的网络对ISAR图像序列进行目标区域提取，得到目标区域序列；基于投影模型获得ISAR图像序列对应的投影区域序列，并联合目标区域序列建立优化目标函数；对优化目标函数进行求解，获得最优目标姿态参数和旋转参数。该方法保证了网络训练质量，提升了ISAR图像目标区域提取的精确度；且可以联合分析目标在轨姿态以及旋转参数，实现了慢旋空间目标在轨姿态及旋转参数反演，在实际应用中具有更强的可行性和鲁棒性。