近年来,以HTV-2为代表的临近空间高速滑翔飞行器凭借其飞行速度快,机动能力强,机动样式多样的特点逐渐成为学术和工程领域的研究热点,其作为进攻性武器具有很大的发展潜力和很强的突防能力,代表了远程战略武器的未来发展方向。因此,开展针对临近空间高速滑翔飞行器拦截的相关技术研究对于保障国家安全具有重要意义。临近空间高速滑翔飞行器轨迹跟踪滤波方法是反临近空间高速滑翔飞行器的核心技术,是临近空间高速滑翔飞行器精确预报和拦截的重要保障与先决条件,本论文以临近空间高速滑翔飞行器为对象,对其轨迹跟踪滤波方法展开深入研究,主要内容包括:根据临近空间高速滑翔飞行器在助推段的运动特点和观测条件,建立重力转弯模型等目标运动模型和天基红外预警卫星测量模型,给出扩展卡尔曼滤波算法的基本流程;针对跟踪系统非线性较强,扩展卡尔曼滤波算法存在较大截断误差的问题,论文基于确定性采样近似高斯分布的思想建立确定性采样滤波方法的一般框架,分别基于无迹变换规则和球面-径向容积规则推导无迹卡尔曼滤波和容积卡尔曼滤波;开展助推段轨迹跟踪数学仿真,对比分析不同目标运动模型和不同非线性滤波算法的跟踪精度。由于信道堵塞或信号干扰等因素,天基红外预警卫星的测量数据在到达地面数据处理中心时常出现随机时间延迟,针对这一问题,论文跳出传统依靠状态方程递推的思想,从量测延迟概率的角度出发,利用伯努利随机变量对测量方程进行改写,重新对时延系统进行数学描述,建立随机时延系统模型,推导理想量测量、实际量测量及相关协方差间的关系;考虑到五阶球面-径向容积规则具有较高的非线性近似精度,论文在最小均方差准则下利用该规则推导随机时延高阶容积卡尔曼滤波算法,解决状态模型不准确、量测延迟时间未知情况下的时延滤波问题。滑翔段是临近空间高速滑翔飞行器机动运动的主要阶段,其运动模式主要包括平衡滑翔和跳跃滑翔两种,根据这两种模式的运动特点,基于自适应均值时间相关模型分别建立平衡滑翔目标运动模型和跳跃滑翔目标运动模型;根据滑翔段的观测条件,建立地基雷达测量模型;考虑目标运动模式切换的情况,论文对交互式多模型算法进行深入研究,并利用该算法完成滑翔段跟踪滤波设计。论文还进行了相应的数学仿真分析,验证滑翔段模型和目标跟踪方法的准确性。临近空间高速滑翔飞行器在进行跳跃滑翔时可利用气动力调整跳跃周期等运动参数,其模式空间具有连续性,传统多模型算法在进行模型集设计时存在模型覆盖不准确或模型集过大等问题。因此,论文基于粗细模型集混合的思想提出一种混合网格多模型算法,该算法基于先验信息建立粗模型集,基于估计结果利用矩匹配方法自适应设计细模型集,通过对粗细模型集的估计结果进行加权融合完成目标的状态估计,获得了比单模型算法和传统多模型算法更高的估计精度。受目标不同位置反射及电子电路性能的影响,雷达的测量噪声常常表现出非高斯特性,主要为闪烁噪声或脉冲噪声。针对测量噪声为闪烁噪声的情况,对混合₁l、l₂范数最小的Huber滤波理论进行研究,将卡尔曼滤波框架下的测量更新问题转换为线性回归的求解问题,推导了高阶容积Huber滤波方法;针对测量噪声为脉冲噪声的情况,利用最大相关熵准则将高阶容积卡尔曼滤波的测量更新转化为求指标函数取最大值的解,推导了最大相关熵高阶容积滤波算法;论文还以平衡滑翔目标轨迹跟踪为应用背景对所提算法进行了数学仿真,仿真结果验证了非高斯噪声条件下这两种滤波算法在鲁棒性和精度上的优势。