随着人类太空活动的日益频繁,所产生的空间碎片越来越多,严重威胁着航天任务的安全。经过多年发展,人们已经可以采用各种地基和天基的方式对较大尺寸的空间碎片实现监测,并建立了空间碎片轨道数据库,但对于尺寸为1cm～1Ocm尺寸的危险空间碎片仍缺乏有效的探测手段。因此,探寻一种有效的危险空间碎片观测和定轨方式是现阶段空间碎片探测领域的重点与难点。本文以天基的危险尺寸空间碎片探测为研究背景,研究基于一种天基主被动融合式光学技术探测方式的可行性,希望能够为空间碎片探测提供新的思路。文章首先对空间碎片探测技术的现状、难点及发展,重点论述了天基可见光探测和地基激光雷达等热点技术。总结了现有的热点技术后提出了一种综合天基被动式可见光探测和天基单光子激光雷达的空间碎片探测技术。根据本文研究目的,对主被动融合式光学技术探测需求进行了分析,给出目标定轨所需获得的参数信息。结合单个载荷探测的特点,探讨了目标信息坐标转换以及定轨方法。进一步划分了载荷的各子系统与模块,并给出了各模块的工作方式及全过程的工作流程。针对系统的成像需求,建立了空间目标光学特性模型、空间环境背景光噪声模型、探测器成像性能模型,在此基础上分析系统参数对探测性能的影响并得出相关典型参数。对比分析了现有被动式空间望远镜结构特点,结合探测需求及典型参数拟定望远镜结构,利用ZEMAX及TracePro等软件设计望远镜,分析其成像能力并与危险空间碎片的光学特性作对比,发现该设计可覆盖绝大多数的被测目标。针对系统的测距需求,建立了基于单光子激光雷达的空间目标探测模型,从点目标的激光雷达方程出发,分析回波光信号及探测概率和虚警率。采用蒙特卡洛的方法模拟对1000km处1Ocm大小的目标进行回波信号的仿真,根据波形变化发现回波信号光子数为0.5、激光重频为200Hz时即可有效探测,进一步模拟目标的运动过程得到点云轨迹。对测距精度进行理论与仿真分析,发现可以实现米量级精度的探测。采取模拟试验的方式验证了仿真结果的一致性。为了实现目标定轨信息的一次采集,探索了一种可行的主被动融合探测方法,实现利用被动式探测望远镜引导主动式激光雷达测距,做到同时采集角度和距离信息。对其中关键性的卡尔曼滤波线性轨迹预测进行了仿真分析,并模拟了激光光束扫描,论证了主被动融合的可实现性。