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近年来，随着人类航天活动日益频繁，地球轨道空间的空间碎片总数急剧增加，直接影响人类航天活动的未来发展，因此世界各航天大国和组织对空间碎片的减缓研究越来越重视，对空间碎片的观测成为各国研究的热点。由于天基观测不受大气环境、地理疆域等条件的限制，所以多国都投入了巨大的力量发展空间碎片的天基观测。
目前大多数空间碎片天基观测系统都是基于单视场单探测平台，所获得的空间碎片信息量少，单次连续观测时间短，不能充分利用在轨时间对空间碎片做观测。本文的目的在于利用空间分布式多方位成像系统中多颗观测卫星的协同探测，对空间碎片实现三维立体定位，利用多颗观测卫星、多方位观测相机对空间碎片进行长时间连续观测，提供丰富的信息量实现精确捕获。
针对本课题的功能要求，本文研究的主要内容如下:
1、结合本课题采用的硬件系统，对空间分布式多方位目标探测系统的特点进行理论分析，描述了空间碎片运动特性、可见光星空背景特性;然后对空间碎片与恒星的成像特性与运动特性做了详细比较，在此基础上，分析本课题的空间分布式多方位目标探测方法与传统的目标探测方法的异同，凝练本课题目标探测算法的特色之处。
2、提出了本课题的算法总体方案，并结合硬件系统的性能参数，对目标探测能力、星图识别可行性、目标测角精度、长基线二目测距精度等几个主要性能进行详细、全面地误差理论分析，论证在各种实际条件约束下，各性能指标在技术上的可行性。另外，本文开展了系统对目标探测的可见性分析，根据可见性分析结果，表明系统具有足够的时间对目标进行观测。
3、根据系统对空间碎片相对导航、测量以及星敏感器姿态测量的精度要求，首先对本文采用的大视场光学系统畸变情况展开分析，针对畸变特性，设计畸变校正算法，经本文畸变校正性能测试，取得了比较好的畸变校正效果。
4、星敏感器姿态测量作为本课题的一个复用功能，有其技术特点。针对本课题大视场亮星观测的技术条件，本文吸收经典星图识别算法的核心思想，同时充分利用大视场观测、亮星观测这两方面的优势，设计相应的星敏感器姿态确定算法。经过实验测试表明，本文设计的星敏感器姿态确定算法的姿态测量精度优于90”。星敏感器姿态测量算法在DSP硬件平台上的移植与测试表明，本文设计的算法在硬件平台上姿态数据更新率优于4Hz，测量精度与运算实时性较好，具有较好的硬件可移植性，具有工程应用价值。
5、根据本文空间分布式多方位成像系统的系统特性，本课题从单颗观测卫星独立对空间碎片展开识别、多颗观测卫星协同探测两个方面来研究相应的空间碎片探测识别算法。算法中充分利用观测卫星上大视域范围、丰富的可观测时间资源，增加对目标的观测时间，提高识别目标的效率;另一方面，充分利用系统平台可提供的其它资源，为多颗观测卫星协同探测目标提供有用信息，以实现每个观测卫星视场内空间碎片与其他观测卫星的辨别与身份确认，进而完成长基线二目测距，实现对空间碎片三维立体测量的功能。经仿真实验表明，本文设计的空间碎片识别算法实现了对空间碎片相对导航与测量的功能，利用空间分布式成像系统对空间碎片实现三维立体定位。