空间目标监视是国家空间战略信息获取的重要途径,而基于天基测角信息的空间非合作目标跟踪定轨技术是实现我国天基空间目标监视系统亟需突破的关键技术。论文以天基空间目标监视系统为主要研究背景,以参数估计理论、连续同伦方法、非线性系统可观性理论、非线性滤波理论、联邦滤波理论及抗差估计理论为理论基础,重点研究了基于天基测角信息的初轨确定、跟踪滤波、联合定轨、抗差自适应跟踪定轨及目标编目维护等关键技术。本文采用仿真实验与数学推理相结合的研究思路,保证了模型和算法的正确性,初步解决了空间目标天基仅测角跟踪中的若干关键问题。论文的主要研究成果如下:研究了基于天基测角信息的短弧初轨确定方法。(1)提出了短弧初轨计算中两种迭代初值选取方法:考虑J 2项摄动的简单迭代法和基于经典高斯法的信赖域法。(2)提出了基于连续同伦算法的天基仅测角短弧初轨确定方法,该方法在Laplace改进法基础上,采用了考虑轨道摄动影响的单位矢量法,利用连续同伦算法求解天基仅测角条件方程组,实现了单星观测与双星立体观测两种跟踪方式下的初定轨。研究了天基仅测角跟踪系统的可观测性分析方法。(1)依据以微分几何为基础的非线性控制系统可观性理论,结合系统的状态方程和测量方程,提出了天基仅测角跟踪的可观测性分析方法,证明了近圆轨道上运行的单个观测平台对空间目标仅测角跟踪是可观测的。(2)为了描述系统可观测性的强弱程度,引入跟踪滤波误差下限与系统可观测度,结合仿真结果分析了系统可观测度的影响因素。研究了分布式卫星对空间目标的联合定轨技术。(1)提出了基于平方根UKF的编队双星对空间目标的联合定轨方法,将地面站对编队双星的观测数据、星间测量数据及编队双星对空间目标的测角数据融合起来进行联合定轨,整网确定出编队双星和空间目标的状态。(2)提出了基于分布式Sigma-Points信息滤波的广义联邦SPIF算法,将Carlson联邦滤波扩展到主滤波器与局部滤波器维数不同的情况,并采用“条件重置”原则进行状态重置。仿真实验表明,该算法可以提高多滤波器系统的数据处理效率和容错性,可应用于多星对空间目标的联合定轨。研究了基于抗差自适应滤波的跟踪滤波算法。(1)针对状态方程扰动和观测异常会严重影响EKF滤波性能的问题,提出了抗差自适应EKF算法,采用将观测噪声协方差阵在线估计和自适应因子相结合的方式,从整体上平衡观测数据和状态预报对系统状态估计的贡献。(2)针对实际的跟踪滤波过程中噪声统计特性时变会导致传统UKF滤波精度下降甚至发散的问题,提出了基于极大验后估计的抗差自适应UKF算法,研究将时变噪声统计特性在线估计和抗差自适应因子相结合,有效抑制了粗差的影响,提高了滤波精度和稳定性;并参考传统UKF稳定性分析方法和Cramer-Rao下限理论,以数学推理方式对该算法进行了滤波性能分析。提出了面向天基仅测角跟踪应用的双行轨道根数生成方法。(1)针对空间目标的双行轨道根数(TLE)拟合过程可能出现奇点的问题,在TLE和SGP4模型的基础上,提出了基于无奇异轨道根数的TLE拟合算法。(2)考虑到天基观测平台的数据处理能力有限,通过引入带有自适应遗忘因子的递推最小二乘算法,提出了面向天基仅测角跟踪应用的TLE生成方法。仿真实验表明,该方法迭代收敛速度较快,长弧段轨道预报精度稳定,可应用于近地空间目标的监视跟踪。本文系统研究了基于天基测角信息的空间非合作目标跟踪算法及相关技术,在该领域取得了一些探索性研究成果,为今后进一步开展研究和实验奠定了理论基础,同时也对我国空间目标天基监视技术有一定的参考价值。