太空碎片问题已成为人类航天活动不可忽视的一部分。随着人类第一次打开太空之门，源源不断的向太空输送各种太空碎片，到目前为止，各种碎片已超过1亿件。人类急需携起手来共同治理太空碎片。现有的太空碎片观测手段为地基和天基系统，天基系统捕捉碎片在实时性，容量和精确度上有明显的优势。本课题研究借用空间光学相机对太空碎片进行检测和观察，对航天飞行和国家安全都有重要意义。　　由空间相机获取的太空碎片的图像为星空背景下弱小目标图像。本文研究了弱小移动目标的检测和跟踪，在算法实现和硬件平台设计两方面提出了可行性方案。针对星空小目标成像信噪比(Signal to Noise Rate，简称SNR)较低，目标小，缺少纹理，结构，颜色等特征，改进了基于Kalman滤波的检测与跟踪方法和基于改进的粒子滤波的检测和跟踪方法。在信噪比较低(5≥SNR≥3.5)时，检测率高于95％，虚警率低于10％，跟踪均方根误差优于1.5 pixel，具有较好的工程应用前景。　　在硬件平台实现上采用TI公司最新的八核DSP TMS320C6678作为中央处理芯片，最高运行频率可达10 Ghz。使用Xilinx公司的FPGA XC5VLX20T作为主控芯片。图像视频数据通过USB2.0接口进入FPGA，通过SRIO实现FPGA到DSP的通信，将处理后的数据通过UART口上传到上位机。整个系统从总体结构，电源设计，时钟分布，外围接口都进行了详细的介绍和分析，并给出了完整的设计实现方案。　　文章最后介绍了电路信号完整性分析和高频PCB设计过程中应注意的事项，并对系统进行调试，给出了USB2.0固件和多核DSP调试的相关操作，在MCSDK平台的支持下，硬件处理速度达到25帧/s。最后对小目标检测与跟踪算法，系统硬件设计和实现上进行了总结与展望，指出算法和硬件平台需要进一步融合才能整体性的提升系统的性能。