深空测控通信系统对在遥远的空间探测器进行通信、测量和控制，包括跟踪、遥测、指令控制和数传，对深空探测器的整个飞行过程进行测控以保证其飞行轨道的准确，并获取探测过程中回传的科学信息。本论文根据实际项目的要求，研究了用于深空测控通信系统弱信号检测与跟踪的粒子滤波检测前跟踪（PF-TBD）方法。TBD方法是当前弱目标检测与跟踪的重要手段。它与经典的检测后跟踪处理不同，直接采用未作门限处理或者低门限处理的传感器原始观测数据，充分挖掘数据中的有用信息，通过时间上的观测累积提升信噪比，同时实现弱目标的检测和跟踪——轨迹提取。TBD作为一个典型的强非线性问题，粒子滤波技术是一个合理的解决手段。本论文着重研究用于解决非线性、非高斯问题的粒子滤波算法。围绕粒子滤波中两个最关键的重要性密度函数和重采样问题，分析了卡尔曼和改进卡尔曼滤波算法，并分析研究了基于此的改进粒子滤波算法，随后在重采样问题解决中又结合了马氏链对粒子滤波改进算法进行研究分析。为解决实际应用中粒子滤波计算量大的问题，提出了改进的粒子滤波算法，并分析了基于FPGA硬件实现的可行性。针对传感器观测模型设计出粒子滤波的TBD方法并做出相关分析仿真。