随着卫星技术的不断发展,星载红外目标检测系统在军事和民用领域中发挥着越来越重要的作用。但是,由于卫星红外图像背景复杂、目标点小,使得检测难度增加。同时,卫星图像分辨率高、帧频快,导致星上信息处理的数据率大,对系统的实时性和稳定性提出了更高的要求。本文的研究目的是设计并实现一个检测性能好、实时性强、稳定性高的星载红外小目标检测系统。研究从红外小目标检测算法优化、算法的FPGA实现和系统接口设计三个方面展开。首先,本文采用性能较好的基于环形最大中值滤波和帧间轨迹关联的红外小目标检测算法,并针对FPGA并行执行的特点,通过阈值计算简化、采用上一帧统计值计算当前帧阈值、多帧检测循环展开等操作,在对原始算法检测性能影响较小的前提下,对算法中复杂计算进行简化、计算结构进行优化,使其更适于FPGA实现。然后,本文基于并行化和流水线处理的设计思想,设计了算法在FPGA上实现的硬件结构,包括环形最大中值滤波、阈值计算、自适应阈值分割、多帧检测、检测结果存取、连通域标记和目标质心计算等模块。设计具有“全局流水化、局部并行化”的特点,具有很强的实时性。最后,本文设计了红外小目标检测系统接口逻辑,包括时钟和复位设计、图像数据输入接口、检测结果输出接口、DDR接口和状态指令接口。从时序约束、异步处理和协议设计等多方面保证系统的稳定性。本文设计的基于FPGA的星载红外小目标检测系统,以Xilinx XC5VFX130T为核心处理器,在目标局部信杂比不小于6时对目标的检测性能较好,可以实现检测率大于95%,虚警率小于1×10^-5。对于图像大小为2800×2800,数据位宽为14bit的图像,在处理时钟为100MHz情况下,红外小目标检测模块理论上最大处理速率可以达到12.5帧/s,具有很高的实时性。