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近年来，随着外层空间尤其是GEO轨道上空间碎片的增多，空间碎片的避撞问题已成为各国研究的热点。本文的目的在于利用成像搜索技术对空间碎片进行精确定位，为航天器提供准确信息，以避免发生灾难性碰撞。在前人的基础上，本文根据应用环境的特点和硬件的可实现性，进一步完善、改进了空间碎片成像搜索算法，并在硬件系统中得以实现和验证。为空间碎片成像避撞及航天器维护等相关领域的研究提供了技术储备。
在进行算法设计时，本文始终贯彻了最大限度地利用应用环境特性的原则，创造和改进了一系列算法。这些算法都旨在尽可能利用环境特性简化算法步骤与数据处理量，并有效发挥FPGA级联DSP这种硬件架构的优势。实践证明，这种思想行之有效，很大程度上提高了算法效率。
为了验证算法的效果和实时性，本文设计了基于可见光CMOS图像传感器的高速数字信号采集处理系统，最高信号传输率达到264Mbps。该系统除了具有实时图像的获取、传输、处理、显示和存储等功能外，还留出高速DVI接口和USB接口，具有很强的在线调试能力。系统利用FPGA在图像的传输过程中实现了图像多级压缩算法、滤波算法和阈值分割算法，使得实时处理的工作频率显著提高。
在进行算法的DSP移植时，本文采用了DSP的EDMA技术进行图像数据传输，使得数据传输不会占用CPU的处理时间；采用乒乓RAM使数据传输和数据处理能同时进行，保证了数据的传输速度和处理速度。在进行DSP优化时，本文采用包括改善编译环境、使用内联函数、进行循环展开、使用关键字和修改代码以符合软件流水在内的诸多手段对程序进行了优化，优化后的代码执行效率有显著提高。
本文利用STK，Matlab，3DMax等多种软件平台仿真了外层空间图像，采用室内投影的办法对系统进行了仿真试验，取得了令人满意的效果。试验结果表明本文设计的硬件系统可靠稳定，算法运行稳健有效。