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针对天基观测星图的特点,分析了星空背景下运动小目标检测算法超时和虚警率过高的原因,引入并改进了MTI滤波器对序列星图进行处理,避免了恒星识别的繁重计算;改进了小目标关联算法结构,在精确度较高的情况下较大范围地提高了算法效率。实验结果表明,改进算法耗时大大减少,能够有效控制算法超时和虚警率过高的风险,满足天基观测星图运动小目标轨迹检测的工程实际需要。