现代战术弹道导弹技术的发展对各国的导弹防御系统提出了极大的挑战。为了增强突防能力,现代的TBM目标可以在再入段产生大过载的螺旋机动,极大的增加了对其运动状态进行估计的难度。首先,目标再入大气层时会经过有强烈电磁干扰的临近空间,且高速运动会导致很强的红外热效应,必须采用只能得到角度测量值的红外导引头进行探测,使得系统状态变量的可观性很低;其次,目标再入速度极快使得末制导时间很短,而现有的估计器存在较大的误差和延迟,难以满足末制导精度和实时性的要求。本文针对TBM目标再入段的螺旋机动估计及相关问题,对目标运动特性建模、系统的可观性及影响因素、估计算法以及估计器性能进行了较为全面的分析和研究。本文的主要研究内容如下。首先,分析了TBM目标再入段的运动状态并建立了机理模型。建立目标落点惯性坐标系,以该坐标系为惯性基准建立视线系下的弹目相对运动方程,给出了目标螺旋机动在目标落点惯性系中的三维描述形式,并投影到视线系中,建立了机动加速度的机理模型,并给出了该机理模型的简化描述方法。其次,进行了末制导系统的可观性分析。将交会角引入到弹目相对运动方程中,利用可观性矩阵分别分析了影响弹目相对距离和目标机动加速度可观性的因素,以及不同交会角下系统状态变量的可观度,并设计了能够提高系统可观性的导引律。然后,对目标螺旋机动估计方法展开研究。针对目标螺旋机动幅值时变的问题,并为兼顾估计精度和收敛速度,设计了基于切换策略的过程噪声自适应EKF估计器;并考虑到过程噪声可以等效为模型误差,在假设测量噪声统计特性已知的情况下,将预测控制思想引入到滤波方法中,对模型误差(即过程噪声)进行预测与校正,并与传统的EKF算法相结合,设计了非线性预测EKF估计器;分别对两种方法进行了仿真和比较,并进行了协方差约束条件分析。最后,利用伴随方法分析了估计器性能。建立混合连续离散的估计器的伴随模型,在时域下分析了估计器的动态响应特性,包括误差传播特性、系统参数和估计器参数的选取对估计误差和延迟的影响;在频域下建立由真实目标机动到机动估计值的传递函数,分析了估计器的带宽,以及估计器和制导律在设计上存在的带宽约束。