随着人类航天活动的增加，空间碎片日益增多。在轨航天器与空间碎片发生碰撞的概率增大，正常运行受到了严重威胁。因此，对空间目标的观测与定位具有重要的研究价值。　　本文通过理论推导、算法仿真、硬件验证等手段，针对基于可见光学图像的星空运动目标检测与跟踪系统进行研究，完成了星图配准、目标探测与跟踪等关键技术环节，实现了星图中运动目标的检测，主要研究内容有以下几点:　　1.提出了基于三角匹配的星图快速配准方法:首先对图像进行背景滤除并提取参考星点信息，然后在参考点间建立配准三角形，根据相邻帧配准三角形匹配情况确定参考星点对应关系，最后利用最小二乘法估计配准参数。该方法的配准位置均方误差达到0.19像元，嵌入式平台上单帧图像的配准耗时约300ms，较原有方案提高一倍。　　2.提出了一种基于轨迹相似性分析的目标检测算法:首先根据空间碎片目标的运动特性建立其运动模型，经过初筛后按照运动约束条件建立有向图，同时求取轨迹参数。计算轨迹参数之间的相似性，根据相似性矩阵求取轨迹关联矩阵，并根据关联结果修剪初筛目标构成的有向图，图中保留的节点即为目标点。大量的实验结果表明，该方法能够有效检测星空图像中的运动目标，算法的主要性能优于同类算法。对240帧连续图像序列中1371个目标识别率为0.98，与既有算法相比识别率提升了2％。　　3.在DSP与FPGA硬件平台上实现了基于轨迹相似性分析的目标检测算法，实验结果表明，该算法满足1fps实时处理的要求。　　经过仿真和平台验证，本文提出的基于改进帧序列投影与直线轨迹检测的空间目标探测与跟踪算法效果稳定，满足对信噪比为5dB的弱小目标检出率大于90％的设计要求，检测误差优于0.5像元，满足工程项目实际需要。