空间卫星间通信目前主流技术为无线微波通信，但随着世界各国空间探索的不断发展，对多星间建立大容量、保密度高的星间通讯的需求越来越迫切。星间激光通信以其速率高、保密性强而在空间通信领域有着巨大的应用前景。而可靠的星间光通信链路的构建依赖于两星光通信单元的持续对准，对星载捕获、跟踪和瞄准(Acquisition Tracking and Pointing,ATP)系统提出了高的跟踪精度要求。同时由于空间环境与地面环境差别很大，这使得星载ATP成为空间光通信系统中一项难度很大的关键技术。　　一方面，图像处理平台为实现捕获与高精度的稳定跟踪需要具有高的数据处理能力;另一方面，空间环境的特殊要求，对载荷设备的电子系统在信号完整性、可靠性、体积与功耗、抗太空辐照能力等方面与地面设备有较大差别，使地面ATP图像处理平台不能照搬使用。又因为空间工程技术的敏感性，在公开文献中很少有其它项目图像处理平台的硬件设计细节，针对查阅到公开的国内外星载图像处理平台的研究，其不论是处理能力还是数据架构都不能满足星载ATP的要求。本文正是在这样的背景需求下，开展星载ATP图像处理平台原理样机的研究和研制，为ATP原理样机的研制奠定技术基础。　　本文首先分析了图像处理平台的功能需求，将图像处理平台分解为以传感器设计为核心的成像系统相机、以DSP和FPGA为核心的图像处理系统。针对ATP需要达到的跟踪要求研究确定了2个子系统的核心技术参数，并基于实现的复杂度和空间环境的特殊性，提出了系统的空间环境下电路抗辐照设计需求、信号完整性设计需求、基于硬件描述语言的系统的驱动设计需求。　　针对空间环境下图像处理平台电路抗辐射设计需求，参考和回顾了其它星载工程项目采用的抗总剂量效应的方法和抗单粒子效应的方法。本文在器件选型、针对总剂量效应采用金属等效屏蔽手段等的基础上，针对单粒子效应提出了一种行之有效的三模冗余加载方法，使系统达到了相应的载荷抗辐射需求，提高了系统在空间辐射环境下工作的可靠性。　　对成像系统，本文围绕CMV300和CMV2000探测芯片，提出了适应星载环境的成像自动曝光调节、基于FPGA的图像数据重建和输出系统的研制思路。对图像处理系统，本文提出了以DSP-TMS320C6678和FPGA-XC7K325T为数据处理核心、以VPX为数据总线的高速数据传输、高性能数据处理架构。基于该架构通过FPGA并行处理密集数据运算，如图像的整帧预处理;DSP串行处理复杂的数学运算，实现DSP和FPGA间的高性能协同处理;通过系列功能性电路设计，如存储电路、模拟图像输出电路、图像输入和输出通道电路、电源系统、时钟系统等等;以及平台驱动的开发，如BIOS启动驱动、并行图像传输协议、串行图像传输协议等等实现大量数据的高速可靠传输和处理。另外，针对高性能处理要求本文设计了一种通用滤波型图像预处理IP核，极大的方便了整体图像处理算法的研究和优化;针对星基数据带宽有限，提出了一种基于FPGA的压缩图像IP码流控制方法，最大程度地利用了传输带宽。　　本文在硬件平台设计过程中针对传统设计方法中信号完整性主要依靠设计者的经验的问题，采用了一种全周期引入信号完整性分析的方法，在原理图设计和PCB设计阶段都进行信号完整性仿真分析，本文根据仿真结果不断优化整个系统的原理设计和布局布线，保障了最终产品的信号完整性，并就星载信号处理系统建立了一系列信号完整性优化方法。　　最后，基于上述所提出的设计方法、架构与思想，设计并研制了星载ATP原理样机。通过与其它分系统的组装联调，该原理样机在外场成功完成目标捕获、定位跟踪等相关试验，取得良好的效果，为星载ATP图像处理平台的研制积累了宝贵的经验。