低轨空间目标监测是进行空间态势感知、碰撞预警的重要基础，是利用空间资源、实现在轨空间安全的基本保证。构建低轨空间监测系统，实现低轨道目标的编目和跟踪任务具有重要意义。其中，探测信息处理是监测系统的核心，针对探测信息处理的技术研究不仅能够有效提升当前系统性能，适应未来监测需求，同时也可以从理论上指导构建更加合理的监测系统。地基雷达作为低轨空间监测的主要设备，是获取低轨空间目标观测数据的主要来源。本文以低轨空间目标雷达监测系统，尤其是新的篱笆型监测雷达系统为研究背景，针对雷达监测系统构造过程中探测信息处理的关键技术和未来监测需求中具有普适性的前沿问题开展研究，主要的研究工作和取得的一些成果如下：首先，分析了低轨空间目标环境，按照对空间目标属性认知的层次综述了低轨空间目标监测技术的发展现状和趋势，并阐述了低轨空间目标雷达探测信息处理的难点问题。此外，还对低轨空间目标的轨道运动特性和雷达探测模型的交叉学科的基础知识进行了梳理。其次，研究了基于篱笆型雷达监测系统的弱小目标信号检测和参数估计问题。首先介绍了空间目标的雷达观测模型，分析了目标穿越波束屏障的稀疏特性，并通过轨道知识挖掘了篱笆型体制下目标的方位角和径向加速度的耦合关系，将原有的三维空间重构问题降维到二维空间，从而提升计算效率，改善重构精度。在此基础上，提出了用于弱小目标信号检测和参数估计的含轨道知识约束的稀疏重构方法。最后通过理论分析和大量仿真实验评估了正确稀疏重构概率、参数选择对估计精度影响，并对多目标的分辨能力进行了分析，结果表明了算法在低信噪比下优越的信号检测和参数估计性能和超分辨能力。然后，研究了双屏篱笆体制的空间监测雷达的屏间数据关联问题。首先对双屏监测雷达体制进行了阐述，以信息集合的方式描述了观测数据。在此基础上，分析了信息集合所要满足的轨道知识约束条件，基于假设检验的方式，提出了利用不同假设关联集合表现在关联量，即径向速度上的差异程度对数据进行关联的方法。之后，基于建立的简化场景从理论上分析了算法在三维空间上的目标分辨能力。最后利用NORAD发布的轨道根数及仿真数据验证了算法的有效性，特别是对Iridium33和Cosmos2251碰撞产生的高密度碎片云进行数据关联时，表现出了很高的正确关联率。之后，研究了含机动检测的多目标轨道相关技术。本文将机动检测和轨道相关作为两个不可分离的问题同时进行解决，更加符合实际情况。首先建立了一次切向速度方向变轨的目标运动模型和观测模型，然后提出了基于最大后验概率准则进行含机动检测的轨道相关原理和方法。为了计算最大后验概率，首先通过二阶锥规划算法求解了含约束的非线性最小二乘问题，实现了对机动参数的精确估计，其次通过JPDA算法计算最大后验概率，进行了机动事件的判别和轨道相关事件的确认。最后，通过理论推导和仿真实验对机动检测性能和关联性能进行了分析，验证了算法的有效性，同时对本文算法可推广应用的场景进行了阐释。最后，研究了低轨空间群目标的跟踪技术。首先介绍了群目标的运动模型和观测模型，提出了含群中心的最优贝叶斯跟踪滤波器。在此基础上，通过贝叶斯原理，将贝叶斯滤波器分解为目标状态预测模型、群中心预测模型，观测概率模型、群中心和目标间相互作用的马尔科夫随机场(MRF)模型，并进行了详细的说明和求解。特别是通过建立群中心与目标间相互作用的MRF模型，使得我们既能够描述群目标整体运动趋势，又可以提升个体轨迹的跟踪精度。然后通过MCMC-Particle粒子滤波算法对以上贝叶斯跟踪滤波器进行实现，并分析了跟踪性能。最后又引入群的分离与合并机制，使得算法具备对多个群进行灵活跟踪的能力，提升了算法的实际应用价值，大量仿真结果表明了算法在低数据率、高杂波环境下的优越性能。