弹道导弹具有极强的突防能力和威慑力,是现代战争中远程火力投送的主要手段,也是未来局部战争和地区冲突的主要威胁。针对弹道导弹的关联、跟踪、优化和参数估计等数据处理是导弹防御系统进行目标识别、态势评估以及拦截的基础。弹道导弹三个阶段动力学模型的差异性、状态估计的强非线性以及突防措施的多样性,均给数据处理带来了新的问题和挑战。同时,公开发表相关资料的稀有性以及弹道控制系统的复杂性也极大地制约了弹道数据处理技术的发展。在主动段,缺乏成熟有效的模型以及只能获得被动测角是主动段跟踪的两个主要挑战,前者意味着需要更多先验信息用于较准确建模,后者则意味着需要有效的非线性估计理论技术,如何在未知任何先验信息前提下,实现主动段精确跟踪是弹道导弹数据处理所需面对的关键问题;在自由段,弹道导弹能够被地基雷达所捕获,但因距离目标较远,导弹飞行速度快等原因导致弹道航迹产生中断的现象,如何提高航迹的连续性是弹道数据处理所要解决的另一个难题;在再入段,先进的弹道导弹为了提高突防能力通常会采取分导措施,如何在短时间内以较高的关联正确率实现点迹与航迹关联是一个挑战。　　本文的研究内容将以导弹防御技术为背景,以雷达数据处理为贯穿主线,针对弹道不同阶段所面临的问题,分别采用先进的非线性估计理论、全局最优多维分配、批处理与迭代滤波联合定位算法等加于解决,主要包括:　　第一、在无先验信息前提下,研究了仅有测量角度的弹道导弹主动段跟踪问题。首先,弹道主动段模型异常复杂,与发动机推力、气动力、关机时间息息相关,对防御方而言是一个未知机动模型;其次,主动段只能通过预警卫星获得数据率较低的方位信息,存在可观测性问题;最后,主动段的测量方程与状态方程存在高度的非线性,需要成熟有效的非线性估计理论来实现准确跟踪。本文从可观测性、主动段模型以及非线性估计三个方面分析主动段跟踪存在的困难,在此基础上提出了一种修正集中式漂移瑞利连续跟踪算法,用于解决在无任何先验信息前提下弹道导弹主动段跟踪存在的模型复杂,非线性强以及只有角度量测值的难题。　　第二、为提高航迹的连续性和跟踪精度,研究了弹道导弹自由段航迹片段关联及优化拟合技术。弹道导弹在中段受力相对明确,较主动段简单,易于建立较精确的跟踪模型。但弹道导弹与地基雷达距离高达上千公里,在跟踪中发生航迹中断已成为普遍现象。提高航迹连续性是弹道导弹精确跟踪的基础,同时也是进行准确落地点战术参数预报的前提。针对该问题本文提出了一种离散最优关联算法,它利用速度信息对中断前后弹道外推航迹进行粗关联;将对数似然函数作为关联代价函数,采用拍卖算法完成关联代价函数的二维全局最优分配实现细关联并提高了关联概率;对关联上的航迹片段利用“窗口”统计最小误差方法进行优化,提高了整个航迹的连续性。　　第三、研究了弹道导弹再入过程弹头分导数据关联技术。弹道导弹在再入过程中为了提高自身突防能力往往伴随着分导现象。由于分导弹头数目未知,弹头间速度大小相近,使其以团状形态运动,在未知导弹任何先验信息前提下如何对分导弹头进行快速关联是一个棘手的问题。针对该问题本文提出了一种改进的滑窗马尔可夫链-蒙特卡洛次优数据关联算法,它应用蒙特卡洛采样方法对监控区域的测量集合进行组合优化,获得最大的后验概率密度进而逼近马氏链的平稳分布。该算法结合弹头分导实际情况,重新分配关联假设权值并优化了继承性,极大地减小了关联时间。　　第四、分别从测量随机误差和系统偏差两方面着手,深入研究弹道导弹固定发射井位置估计及基于星光测量的天基预警传感器系统偏差修正技术。在未知传感器测量误差先验信息前提下,提出了一种迭代和批处理联合的方法实现对弹道导弹固定发射井预测,首先采用交互式多模型漂移瑞利滤波算法用于快速提供初步的参考定位,并采用基于网格搜索最大后验准则在上一时刻更新位置周围搜索最合适的定位,随后引入置信度和数据稀释思想,在保持较高定位精度基础上极大地减小了计算复杂度。传统的系统偏差修正一般是通过提前定标实现,星载传感器的系统偏差受到多种因素影响,且无法现场调试,系统偏差修正非常棘手。本文结合卫星姿态确定系统,根据光电传感器获得的星光矢量变化规律,推导了偏差修正补偿滤波公式,提出了一种在线的系统偏差修正算法,有效提高了弹道导弹自由段跟踪精度。　　最后,弹道三个阶段动力学模型差异巨大,难以采用统一的模型进行准确描述,为实现弹道全程连续性跟踪,本文提出了一种非对称交互式多模型弹道导弹全程跟踪算法,在无需知道弹道导弹所处具体阶段前提下,能自适应调整不同阶段的模型概率,较精确地从弹道主动段连续性地跟踪到再入段,并且能够较大幅度地减小模型切换之间的跟踪误差。随后对弹道导弹防御仿真技术进行研究,通过对典型空情场景生成、多线程数据处理及三维动态显示等研究,初步搭建了导弹防御的仿真平台。