随着人类航天活动和空间探测技术的日益发展,空间目标的数目不断增长,对轨道预报和碰撞预警技术的研究越发重要。本项工作在TLE+SGP4轨道预报模型的基础上,研究低轨目标短期轨道预报的改进方法,同时提出一种空间目标危险交会的分析方法。对轨道预报误差的分析表明,空间环境扰动是引起低轨目标较大误差的重要原因。本项工作提出一种通过空间环境参数修正阻力调制系数,从而改进低轨目标轨道预报的方案。该方案考虑了外推过程中空间环境扰动引起的大气密度响应,能够更准确的反映外推过程中大气阻力对轨道的影响。构建神经网络模型,实现了基于F10.7、Ap的阻力调制系数补偿计算,结果表明神经网络模型能够及时地对空间环境进行响应；对于地磁扰动期更高时间精度的预报改进,考察了极光能量注入的应用,通过线性回归方法,建立了半长轴衰减及阻力调制系数的修正公式。将该方案应用于不同年份、不同轨道高度目标的轨道预报中,平均而言,半长轴和位置的预报误差分别降低50%和30%左右。基于轨道预报的误差特征,提出了一种基于随机点模拟的空间目标碰撞概率计算方法。与传统方法相比,考虑了误差均值的影响,即误差椭球不再以预报位置为中心,结果表明最大时刻碰撞概率不再出现在预报的最近距离时刻。根据相对速度假设,进一步提供了过程碰撞概率的计算流程。在此基础上,设计了“空间碎片碰撞概率计算与预警系统”的基本算法,重点解决了轨道异常甄别、误差椭球参数生成、危险交会筛选、碰撞概率计算、解体模拟、安全发射窗口分析这六个系统关键问题。另外,本项工作进行了大气耦合效应中大气环流长期变化及电离层扰动的研究：使用小波分析和交叉小波的方法分析了江淮梅雨及西太平洋副热带高压对太阳活动因子的响应,结果表明太阳活动与江淮梅雨的相关性存在南北差异,北部呈现正相关而南部呈现负相关,西太副高指数与太阳黑子数也有较好的相关性,说明太阳活动影响地球气候可能存在太阳活动-西太副高-江淮梅雨这样一条过程链；使用滑动均值法研究了强对流期间电离层TEC的扰动,结果表明强对流期间考查点上空电离层TEC有异常增大现象,通过分析不同高度的垂直运动,探讨了对流层-电离层耦合的可能机制。