天基光学监视系统具有站得高、看得远且不受国界限制等优点,是对空间目标监视、捕获、跟踪的重要手段,越来越受到各个国家的重视。在天基光学监视系统中,目标跟踪是十分重要的一环,本文对天基光学监视系统中的跟踪关键技术展开了研究,主要研究内容包括像平面扩展目标跟踪算法研究、基于先验信息的像平面跟踪以及多平台传感器轨迹关联与状态估计,论文主要工作安排如下:第二章主要介绍了一些跟踪技术的基础知识。介绍了天基光学监视系统简化的观测方程以及噪声分布,为后续目标状态估计滤波做铺垫;介绍了线性等式约束卡尔曼滤波,给出了约束嵌入滤波过程的详细推导过程,方便后续理解约束的嵌入方式;介绍了随机有限集的相关基础知识,为后续相关推导做铺垫;介绍了高斯过程算法对扩展目标形态的具体描述和推导过程;最后介绍了本文所用到了跟踪评价指标的具体定义。第三章主要研究了像平面扩展目标跟踪。首先针对ET-GIW-PHD滤波器目标数目过估计的问题进行了研究,分析了其目标数过估计的原因,本文综合考虑了元包中目标数目、杂波的空间分布信息、杂波数目信息以及目标运动特性等信息,结合假设检验的方法来判定元包量测来源,提出了anti-clutter ET-GIW-PHD滤波器,仿真结果表明本文所提滤波器在不同杂波强度下均能很好的估计目标数量,比ETGIW-PHD更强的抗杂波能力和鲁棒性;然后针对非椭圆扩展目标跟踪中高斯过程算法对初值敏感的问题进行了研究,采用粒子的方式来解决初值敏感问题,推导了高斯过程算法的闭合似然解,基于闭合似然来进行粒子筛选,仿真结果表明闭合似然的粒子筛选性能要优于现有的RP粒子算法,本文还将闭合似然法与ET-PHD结合,将其应用到多扩展目标跟踪中,实现了对多个非椭圆扩展目标的跟踪。第四章主要研究了基于先验信息的像平面跟踪。首先针对具有稳定群结构的群目标跟踪进行研究,用超图来表征其群结构,将数据关联问题转换为超图匹配的问题,为处理目标漏检的问题,引入了联合数据互联的思想,遍历所有可能的漏检情况,计算联合互联概率,并用联合互联概率来修正标签多伯努利滤波器中的单目标似然,得到了本文算法JPHGM-LMB,仿真结果表明本文算法比HGM-LMB和LMB具有更优的跟踪性能,在目标漏检和机动的情况下均能给出较优的跟踪结果,但是需要更多的计算时间;然后针对基于轨迹定点先验约束的像平面跟踪算法展开了研究,利用目标量测、目标状态估计结果、定点约束来构建线性等式约束,并将线性等式约束嵌入到卡尔曼滤波框架中,仿真结果表明本文算法性能要优于DCKF和UKF。第五章主要研究了多平台传感器轨迹关联与状态估计。首先研究了多平台传感器轨迹关联中目标相互遮挡的问题,遮挡情况下不同平台的轨迹之间不再满足一对一的假设,本文以二面倾角差作为统计量,考虑所有可能的轨迹分配情况,计算轨迹之间的联合互联概率,结合门限判决得到最终的轨迹关联结果,仿真结果表明本文算法能有效处理目标遮挡的情况,其性能要优于传统的基于二维分配的轨迹关联算法;然后研究了基于定点约束的空间目标单目跟踪算法,结合目标的运动特性、定点先验约束构建了伪量测,该伪量测定义为视线与轨道平面的交点和观测平台的距离,增添了一维距离信息,同时也推导了扩展量测的噪声分布,基于构建的扩展量测方程,给定一个轨道平面,即可得到一条轨迹估计结果,通过遍历轨道平面得到所有可能的轨迹估计结果,然后利用定点先验信息来筛选最优的轨道轨迹结果,仿真结果表明本文算法能加快单目跟踪条件下的收敛速度和提高其跟踪精度。