随着空间活动的日益频繁和航天技术的发展,各种人类活动的产物使得地球轨道上的交通越来越“拥挤”,这为航天器的在轨运行和发射任务的执行提出了新的挑战。世界各国为了太空资产及宇航员的安全,都在大力发展空间环境监视技术和轨道服务技术。天基被动成像跟踪系统相比地基系统,可以不受地理、气候等因素的限制;相比雷达系统又有省时、测量精度高、探测距离远、低功耗和高性价比的特点,很有发展前景。空间目标并非作均衡运动,研究对空间机动目标的天基成像跟踪技术对于更精确、实时地跟踪目标意义重大。　　 本文分别对空间目标的运动特性、辐射特性进行了分析,并给出系统设计与实现方案。针对跟踪系统的时延和目标运动的非均衡性造成跟踪误差变大的问题,提出了利用目标状态预测进行过补偿的跟踪预测方法,并通过仿真和实验对其进行了论述。　　 对跟踪系统成像单元的探测能力进行了设计分析,为满足观测信息的实时在线处理,设计了高效可靠的硬件平台,采用DSP主处理器加FPGA协处理器的两级处理结构,保证了跟踪预测算法的实现,还使用USB接口和串口向上位机发送图像数据和预测结果,方便在线调试和预测结果输出。　　 在算法设计上,首先充分考虑了空间目标和背景的成像特点,以及目标相对系统的运动特性,选取有效且便于实现的算法,并根据应用需求加以改进和简化,降低了算法复杂度和系统开销;其次,依据算法的本身结构特点、资源需求及处理器的处理特点,合理分配硬件资源,利用FPGA算法的并行处理特性,实现底层的图像数据流的处理,完成图像预处理和阈值分割,而DSP则适合做复杂度较高的算术运算,用于实现目标聚类分析算法和跟踪预测算法。最后,在对FPGA和DSP进行算法移植时,对算法的实现加以优化,提高其执行效率。　　 由于空间目标的距离较远,地面模拟实验则采用平行光管和速度可调的运动平台模拟远处运动目标,进行实验验证。实验结果表明本文的跟踪预测方法可行并有效抑制了由系统时延带来的跟踪误差,可以对机动目标运动进行较高精度的预测,有很大的研究和应用价值。