当今空间目标数量膨胀造成空间环境的恶化,同时对我国航天器的安全构成严重威胁。拥有对空间目标自主可控的实时监视能力是一个国家空间态势感知实力的集中体现。天基光学监视系统的发展给空间态势感知带来更加有力的解决手段,与此同时,现代电子技术的突破使得微纳卫星成为空间监视任务的重要力量。本文以天拓五号空间监视相机为背景,研究空间目标在复杂背景星空图像下的检测和跟踪方法,包含四个方面内容:（1）微小卫星空间监视相机方案设计和指标分析。基于空间监视相机设计方案分析了三个关键指标:空间目标等效视星等、相机极限探测星等和探测信噪比、以及综合考虑地影,相机视场,探测能力三个条件的目标可见性判断。根据空间监视相机设计指标计算了设置时段内中高轨目标可见性情况,仿真验证了相机设计指标的可行性。（2）基于复杂背景星空图像的改进时域差分滤波算法。对于地面实验获取的背景复杂的星空图像,在高斯滤波、均值滤波、形态学变换等预处理基础上,提出了一种改进时域差分滤波算法。针对单目标问题引入距离判断因子,针对多目标问题通过SURF特征点匹配方法进行星图配准修正偏移。实验结果表明改进算法检测精度较高,含较少虚警和漏检。（3）基于相似三角形的多目标检测算法。针对目标所在星空背景下的恒星闪烁问题,提出一种基于相似三角形的空间目标检测算法,建立算法理论框架并且通过实验评估算法效果。首先对恒星在帧间相对位置关系稳定不变这一特征进行数学描述,以三角形内角作为描述符构建不变特征;然后将不变性转化为等内角特征,进行星图配准以及目标与恒星分离策略的设计;最后通过地面实验验证该方法能实现多目标的实时检测,检测精度优于差分算法。（4）基于滤波和数据关联的多目标跟踪方法。针对单目标跟踪问题,在获得检测数据基础上进行了卡尔曼滤波跟踪,跟踪结果连续稳定;针对多目标跟踪问题,对全局最近邻（Global Nearest Neighbor,GNN）、联合概率数据关联（Joint Probability Data Association,JPDA）、面向轨迹的多假设检验（Track-Oriented Multiple Hypothesis Tracking,TOMHT）三种数据关联算法进行跟踪对比实验,综合跟踪效果和时效性分析各跟踪器优缺点。本文研究工作以工程实践为依托,对空间监视相机载荷的关键指标进行了仿真分析,并对空间目标检测和跟踪算法进行了研究,为微小卫星平台的空间目标监视试验任务提供了理论和技术支持。