随着高密度读出电子学技术和时间投影室探测器技术的发展,利用单一径迹探测器测量复杂电离径迹（例如低能电子的散射径迹）成为可能。采用径迹探测器获得电离径迹的形态特征和能量特征,发展相应的径迹特征提取方法,是当前粒子探测实验的研究热点之一。然而,由于电离径迹可能发生的大角度偏转和回绕,提取径迹特征是一个难点。本论文针对电离径迹的特征提取开展通用方法研究,结合图论的方法,提出一种反映径迹形态特征和能量特征的通用特征量,并成功应用于不同类型的粒子探测实验的径迹探测器数据分析中。本论文深入分析了径迹探测器的测量过程,建立了径迹探测器的一般物理模型,并详细讨论了径迹的物理信息在测量过程中发生的损失,进而提出径迹特征提取的主要物理目标。本论文将径迹的物理特征与图论的数学模型相结合,提出一种新的径迹特征提取算法和相应的特征量“径迹趋势线”。经过模拟研究和不同类型实验验证,径迹趋势线能够很好地重建粒子原始径迹的延伸趋势特征和能量沉积分布特征,可用于粒子探测实验中的物理量提取和事件筛选,优化实验的物理指标。本论文将所提出的径迹特征提取算法及特征量“径迹趋势线”,分别应用于0νββ实验和天文X射线偏振实验中进行验证。在0νββ实验中,基于径迹趋势线提取0νββ事件和本底事件的能量沉积特征,发展了新的事件甄别方法,可应用于径迹测量型的0νββ实验方案中,提升本底抑制水平。在天文X射线偏振实验中,基于径迹趋势线重建光电子作用点并提取径迹初始角度特征,提高了复杂径迹角度重建的精度,提出了新的重建方法——趋势线法,明显提升了偏振探测器在高能区的调制因子,且未引入额外的系统误差。