近年来,人类的深空探测活动越来越频繁,随着深空探测任务目标的明确性和多样性,星载系统在整个探测活动中扮演着更加重要的角色,一个高可靠性星载系统的应用,对探测项目来说显得至关重要。一般来说,图像的采集和传输是获取信息采取的重要方法和途径。图像采集过程中产生的数据量和信息量有一定的相关性。为了从图像中获取更多信息,往往导致数据量的快速增长,这就造成深空探测有限的硬件资源和较大数据量之间的矛盾也更加显著。所以,采用高效率的图像压缩算法,就能有效地缓解当前这一矛盾。同时,在深空环境中,由于辐照效应的存在,电子系统容易遭受单粒子效应影响而产生单粒子翻转,严重影响了系统的正常功能甚至导致系统瘫痪。论文主要从以下两部分展开:1.JPEG-LS图像压缩算法复杂度低,同时可实现高效的图像压缩,凭借这两点该算法能很好的满足深空探测的需求,在高效压缩的同时,节省了硬件系统的资源开销。本文根据某深空探测卫星型号任务需求,以JPEG-LS图像压缩算法为基础,利用Xilinx公司的Virtex-2芯片平台设计了一个完整的高可靠性的图像与数据处理FPGA系统。在整个数字系统中,图像编码器决定着系统的整体工作速率,本设计在传统算法的基础上主要进行了以下优化:预测误差部分,行数据的缓存,Golomb编码进行了优化,并且去除了一些不必要的参数。2.针对单子效应问题,简单介绍了Xilinx公司FPGA的内部结构和工作原理,进而从元器件角度分析了产生单粒子效应的机理,研究了基于SRAM型FPGA的抗辐照和容错技术。本文设计了冗余保护方法(三模冗余设计)、单帧独立处理方法、图像源异常容错处理方法等可靠性措施。其中,三模冗余方法采用改进的XTMR实现方案,有效避免了传统TMR方案存在的缺陷;单帧独立技术是每帧图像处理结束后,逻辑电路产生复位信号,对系统和编码状态进行初始化技术,为了避免错误状态的累积;图像源异常处理是对输入系统的图像进行有效性和规格检测,避免无效图像的输入。本设计的测试部分,除了对系统进行功能和时序测试之外,还包括可靠性设计有效性的验证,设计了系统的测试平台,通过功能仿真和时序仿真验证模拟并测试了系统对单粒子翻转的有效性和对图像源异常检测的有效性。测试结果表明本设计对需求中的功能、性能、资源占用以及可靠性等要求都能很好的满足。