自由空间激光通信技术具有高码率,抗干扰性强,可靠性高等优点。瞄准、捕获、跟踪(PAT)系统是自由空间光通信系统中的一个重要子系统。自由空间及光通信要求PAT系统能够获得高精度图像,并具备图像高速采集能力。同时,为了补偿卫星平台振动引起的视轴扰动,也要求足够高的图像采样频率,这就对图像采集处理系统提出了更为苛刻的要求。基于上述需求,本文提出一种基于二维坐标分解的空间目标位置快速探测技术,该技术同时具备高精度、大视场和高帧频的优势,具有重要的实际意义和应用价值。本文首先对探测原理进行讨论,并在此基础上分析焦面处的光强分布,进而对可探测性进行核算。全文围绕图像采集处理系统的任务功能和主要设计指标,展开图像采集处理系统的光学系统设计,电子学设计与软件设计。其次,在光学系统设计方案中,从目前几种常用光学系统结构特点出发,结合探测系统自身特点,提出使用卡赛格林镜头的反射结构作为探测系统的前段望远系统,使用分光棱镜以及柱面镜分别作为二维坐标分解系统,使用反射镜对光路进行折转,以缩减光学系统尺寸,减轻发射重量。此外,对设计出的光学系统进行了像质评价和公差分析。再次,在电子学方案中提出使用像元尺寸为10μm的线阵CCD作为图像传感器,使用具备相关双采样功能以及14位A/D转换功能的VSP2254作为系统的数据采集模块,Camera link作为数据传输接口,CPLD作为芯片时序模块以及数据管理模块;提出在DSP+CPLD基础上,利用两组DDR SDRAM构成乒乓结构的数据缓存模块;最后,提出了系统配电网络的设计思想。最后,在系统软件设计方案中提出了系统软件设计思想,规划了软件系统各个功能模块的流程,使用ISE作为系统软件开发平台进行软件开发,在此基础上利用Modelsim软件对系统软件进行了全局时序仿真。