近半个世纪以来,随着空间飞行器的发展,各个国家开始对临近空间这一新的领域进行了探索,对临近空间飞行器的关注度逐年攀升。临近空间飞行器的飞行速度极快、机动能力强,这些优点致使各航天大国将目光都聚焦在临近空间高超声速飞行器上,且欧美各国的临近空间高超声速非弹道式武器相继应用于军事领域,其战略意义更加明显。因此,能够拦截非弹道式飞行器对我国的国防能力具有极其重要的意义,而非弹道式飞行器的拦截问题,重点在于两个方面,其一是对临近空间非弹道式飞行器的飞行状态的精准跟踪估计,其二是对临近空间非弹道式飞行器飞行状态的有效地预报。本文首先简要的介绍了临近空间非弹道式飞行器轨迹跟踪与预报这一题目的具体研究背景,以及研究的意义。总结了国外临近空间非弹道式飞行器的发展现状,飞行特点;概括了国内关于临近空间非弹道式飞行器轨迹跟踪与预报的工作。其次本文引入描述气动力的三个参数作为状态变量,建立了临近空间非弹道式飞行器的慢机动模型,又引入三个描述气动力变化速率的三个参数作为新的状态变量,建立了临近空间非弹道式飞行器的快机动模型,并以慢机动模型为例设计出高精度的跟踪滤波器。接着本文设计了基于机动模式识别的短时预报器和基于在线弹道规划的长时预报器。基于机动模式识别的短时预报器是将目标飞行器的机动模式分为两类,使用线性判别分析的方法对目标的机动模式进行判别,然后对描述气动的参数进行拟合,将拟合的结果作为向前预报的依据。该算法可以准确的判断飞行器的机动模式,并对飞行器的轨迹进行精准的预报。基于在线弹道规划的长时预报器是将目标飞行器的落点以及落点的运动状态作为已知,将跟踪末点的状态和落点作为边界条件,将其转换到虚拟域当中,在虚拟域中使用动态逆的方法在线规划出一条虚拟弹道,将该虚拟弹道转换进时域内,再用插值的方法获得完整的弹道。仿真说明了应用在线弹道规划算法进行弹道预测的可行性。在文章的结尾就本文所研究的轨迹跟踪与预报问题进行了分析,并对可能的研究方向进行了展望。