空间目标监视和检测是维护空间环境安全的重要保障, 天基观测是其中的一个重要观测手段。在天基观测图像中, 恒星和空间小目标形状、大小相似, 影响空间小目标的检测。且空间环境复杂, 图像的噪声也会对空间小目标检测造成干扰。针对以上问题, 提出了一种基于轨迹预判的空间小目标在轨检测方法。首先对图像进行预处理, 包含使用图像滤波剔除坏像元和背景影响以及阈值分割。对相机进行畸变误差校正, 再进行坐标系转换以及匹配星表剔除大部分恒星。然后采集多帧图像, 对候选目标进行轨迹关联、预判, 确定搜索范围。最后实现对空间小目标的检测。本检测方法具有以下几方面的优势: 在低信噪比下, 实现高检测精度和低虚警率; 减少搜索范围, 提高在轨实时检测能力; 具备对连续帧图像上目标不连续出现的检测能力, 适应更复杂的空间环境下目标检测需求。本检测方法的检测能力在硬件系统上得到了验证, 实验结果表明, 该算法在检测信噪比为2的目标时也具有99.9%的检测率和0.002%的虚警率, 为在轨空间小目标检测提供参考。