空间预警系统是弹道导弹防御体系的重要组成部分。针对预警系统的建立，本文研究了利用星载红外传感器的到达角测量信息对弹道导弹进行定位与预报的问题，这是预警信息处理关键技术之一。 论文的主要工作包括三部分： 第二章研究了弹道导弹主动段运动建模及状态(位置、速度)估计问题。首先，根据弹道导弹主动段运动特点，建立了线性拟合运动模型和带约束的非线性运动模型。仿真表明，本文建立的改进重力转弯模型较好地描述了弹道导弹主动段的运动。其次，利用角测量去耦合的方法改进了Gauss-Newton法，并根据两种不同方案，解决了主动段目标运动状态非线性估计问题。 第三章研究了基于先验弹道模板的主动段战术参数估计与落点预报问题。首先，利用先验弹道模板及相关战术参数建立了主动段模型，方法简单实用。其次，根据非线性投影变换改进了Gauss-Newton法，解决了战术参数非线性估计问题。此外，给出了关机点及落点的预报方法，并分析了预报误差。 第四章研究了低轨卫星对弹道导弹自由飞行段的弹道估计问题。针对运动的弱可观测性，分析了Levenberg-Marquardt方法的可行性与局限性，并提出两种更加简单和稳健的新算法：只约束位置的滤波方法和速度位置依次滤波的方法，克服了L-M方法的不足。 总之，第二、三章解决了只具有地球同步轨道卫星的预警系统对弹道导弹的预警问题，第四章解决了包含低轨卫星的预警系统对导弹关机后的轨道确定问题。所有方法可直接应用于实际空间预警系统。