由于科学技术进步和各国航天事业的蓬勃发展,更多的航天器被送到了太空,但随之产生的空间环境安全问题也不容忽视。更多的空间碎片开始占用有限的轨道资源,不但数量多,且拥有着强大的动力,如果和航天器产生撞击会造成航天器损毁甚至失灵,也会危及航天员的人身安全。空间目标监视对于维护有限的轨道资源,避免发生空间碰撞有着重要的意义。作为监视手段之一的天基光电探测,因其机动灵活的特性在空间目标监视领域有着广泛应用。而在空间目标监视中,在轨目标检测是一项重要的技术,对其进行研究具有重要的实用价值。本论文对基于天基监视系统中空间目标的观测与定位进行研究。天基系统虽然机动灵活、探测范围广,但在系统实现时也有明显的局限性。首先,当空间目标与探测器之间的距离较远时,空间目标在图像中只占几个像素,缺少细节特征;其次,天基的光电探测器视场内会出现大量的背景恒星,背景恒星的成像特征与空间目标类似,对目标检测过程产生干扰;同时,由于空间目标的运行轨道不同,其成像尺寸、运动速度和方向均不可控。另外,对高分辨率图像的实时处理要求,也对在轨实时处理硬件系统提出了挑战,以上均对目标检测算法提出了更高的要求。然而,当前目标检测领域中针对天基图像的研究相对较少,传统算法和深度学习算法的适用性不强。因此,本文围绕天基光电探测系统下的远距离空间目标检测技术和近距离空间目标定位技术两方面,针对在轨实时处理应用深入系统地展开了研究。针对远距离空间目标,本文提出了基于轨迹关联的目标检测算法。首先,进行形态学的运算,通过膨胀和腐蚀来进行星点的筛选,并提取出星点的特征;其次,根据特征进行星点的帧间匹配,建立星点的运行轨迹并实时维护;最后,根据空间目标特性的不同,筛选出空间目标的轨迹,完成空间目标的检测与跟踪。对于近距离空间目标,目标的成像区域较大,有着明显的几何特征、灰度特征、纹理信息等,但是由于天基光电观测易受太阳光照的影响,灰度特征和纹理特征在时域变化比较大,难以完成稳定鲁棒的空间目标定位。考虑到时域上几何特征具有稳定性,本文提出了基于几何特征的空间目标形心定位算法。对于结构已知的空间目标,帆板具有良好的直线特征,借此完成帆板与目标本体的图像分割;在此基础上,通过最小外接矩形的描述,进行目标本体形心的计算,完成空间目标的定位。本文算法首先在仿真数据上进行了实验验证,性能满足了各项指标的要求。算法移植到实时处理硬件平台后,对远距离空间目标检测和近距离空间目标定位进行了验证,实验结果表明算法稳定、实时性好,满足使用要求。