弹道导弹日益成为各国大力寻求的实战武器和威慑力量。为了能够尽早发现、全程跟踪、准确识别以及及时预报来袭的弹道导弹,协助反击与拦截,世界各大国不断加强弹道导弹预警系统建设。低轨预警系统,因具有站得高、看得远、报得早的优点,特别是具备同时观测主动段和自由段目标的能力,而成为天基预警系统的重要发展方向。本论文针对低轨星座条件下的目标跟踪问题展开研究,主要工作和成果如下:1.研究低轨星座的单目标跟踪问题。给出了单一测量对目标状态的Fisher信息阵及其特征值和特征向量的数学模型,说明了单一测量在星目矢量方向上对目标状态估计无信息贡献。针对单重观测下的初值估计,提出了直接处理测量噪声方差与俯仰角耦合问题的优化迭代算法。研究了测源不确定条件下目标实时跟踪CR下界的计算,解决了测源不确定条件下目标跟踪算法的有效性判定问题。2.研究低轨星座的多目标跟踪问题。针对多目标跟踪中最为基本的传感器调度问题,提出了基于后验CR下界(PCRLB)的多传感器调度算法,从而为低轨星座传感器调度问题的解决提供了可行方案。3.研究低轨星座的多目标跟踪问题。针对多目标跟踪中最为复杂的临近目标跟踪问题,提出了基于期望最大化(EM)方法的临近目标实时跟踪算法,大大改善了临近目标跟踪效果,同时也拓展了EM方法的应用领域。4.研究低轨星座在复杂情形下的目标跟踪问题。提出了低轨星座对初关机目标的预报交接分析模型,解决了预报交接的定量分析问题。针对诱饵初释放时对目标的干扰问题,提出了一种只利用运动学信息进行批处理硬决策的数据关联算法,较好地实现了目标和诱饵的区分,从而为诱饵干扰下的目标跟踪提供了一种可资借鉴的思路。