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天基目标探测是空间态势感知的研究方向,对空间碎片的观测成为各国研究的热点。随着微小卫星技术的迅猛发展,相对单颗大卫星而言,利用微小星群进行目标探测具有冗余性强、信息获取量大、灵活机动等优点。适用于微小探测平台的小口径大视场的光学相机可同时为目标探测和星敏姿态测量提供图像信息。使用多个光学相机可组成全向探测系统,该系统可将目标探测和星敏姿态测量功能复合复用,具有观测时间长、功能多样等特点。针对全向多功能复合探测系统信息处理的需求,本文的主要研究内容如下:1.对系统信号源的辐射特性进行了分析,确立了可见光波段作为系统的探测波段。依据空间碎片在探测系统入瞳处的等效星等以及星敏测量所需的恒星数目等因素确定了探测系统星等探测灵敏度的要求。分析了影响目标探测的相关因素,表明系统在理论上的可行性。2.论述了全向多功能复合探测系统的系统组成和功能特点,探索了单个观测平台多个光学相机的信息处理流程和基于多个观测平台进行协同工作的特点。根据任务需求,给出了光学相机的设计方案,包括电子学电路的设计以及图像传感器驱动的设计。依据CMOS传感器的特点,计算了3等星目标成像时的信噪比,并分析了该信噪比时目标检测概率和虚警率的关系。针对系统小口径大视场的特点,计算了空间碎片方位角测量的精度以及星敏姿态测量的精度,分析了影响测量精度的因素。依据目标成像特点,分析了探测系统的动态响应能力。3.深入研究了信息处理技术对整个系统功能的作用。相关信息处理技术包括:图像的滤波处理、目标质心定位、广角镜头的畸变校正、目标识别算法、目标跟踪算法。畸变校正算法是提高系统测量精度的重要处理技术。针对广角镜头畸变严重、参数拟合性差的特点,提出了一种基于标定点的误差近似校正算法。实验结果证明了该算法大幅提升了广角镜头对目标的测量精度。针对空间碎片和恒星背景难以区分的现象,复合星敏测量功能,提出了一种基于姿态矩阵的目标识别算法,将复杂的轨迹鉴别转化成了简单的阈值判定,实验仿真结果验证了该算法对目标识别的有效性。本课题的研究实现了天基探测时信息的复合复用,为新型的目标探测系统提供了相应的信息处理方法。