空间控制权已经成为各航天大国的争夺目标,对空间非合作目标的运动状态(位置、速度)进行估计是获取致制空权的基础和前提。空间非合作目标主要是指卫星和弹道导弹,天基系统对其跟踪和观测有明显优势。天基系统中,空间机动平台是反卫星的有效手段,天基红外预警卫星系统是弹道导弹防御体系的重要部分。对非合作卫星与导弹的运动状态估计和轨道参数估计是本文的重点研究内容。对空间非合作目标运动状态估计属于导航范畴,是滤波算法的应用之一。本文首先研究了按最优状态估计线性化的卡尔曼滤波方法,然后利用扩展卡尔曼滤波理论,实现下面两大方面的应用:一、非合作卫星运动状态估计和轨道参数确定。提出了一种自由飞行器在距离四十公里范围内对非合作目标飞行器的相对定位方法,基于视觉导航相机和激光测距仪的组合测量方案,结合扩展卡尔曼滤波方法来估计目标飞行器相对追踪飞行器(空间机动平台)的相对位置和相对速度信息,最后计算出目标飞行器轨道参数。仿真结果验证了该方法的有效性,且达到较高的精度。二、弹道导弹运动状态估计。根据弹道导弹的运动特点研究了弹道导弹的主动段、自由飞行段和再入段动力学方程,利用跟踪红外相机测量弹道导弹与预警卫星的相对位置关系,并结合扩展卡尔曼滤波方法来估计导弹的运动状态。主动段采用了改进的重力转弯模型,自由飞行段采用含摄动的地球引力场模型。仿真中利用STK软件生成预警卫星系统与目标弹道导弹,大大提高了仿真的可信度。仿真结果验证了上述估计算法的有效性,并具有较高的精度。