在导弹防御中,弹道导弹预警系统是极为关键的一环。天基红外预警系统,以其覆盖范围广、探测距离远、响应时间快、不受地理条件限制等优点成为导弹预警系统的重要发展方向。其中,天基低轨预警系统因为能够对中段弹道目标进行持续地监视与跟踪,在天基红外预警系统中扮演者非常重要的角色。本文以天基红外低轨星座对中段目标的跟踪为研究背景,对复杂环境下基于低轨预警系统的中段目标跟踪技术展开研究,主要工作和成果如下:·提出了用于中段目标跟踪的低轨红外预警系统的传感器管理方法。首先从控制过程的角度提出一种基于协方差控制的低轨星座传感器管理方法。以滤波估计协方差作为基准,通过设置期望协方差来生成反馈信息,每一时刻选择一组与期望协方差最接近的滤波估计协方差的传感器组合作为当前时刻的传感器选择方案。然后从优化过程的角度考虑低轨预警系统的传感器管理问题以最小化中段目标的跟踪误差。使用后验克拉美罗下界（Posterior Cramér-Rao Lower Bound,PCRLB）作为跟踪精度评估标准,提出了基于PCRLB的传感器管理模型。在凸优化框架下,为了适应大规模传感器网络的任务需求,基于近端梯度算法,开发了高效的算法对传感器管理模型进行求解。·提出了用于中段弹道多目标跟踪的量测驱动序列随机采样一致高斯混合概率假设密度（Measurement-Driven Sequential Random Sample Consensus Gaussian Mixture Probability Hypothesis Density,MD-S-RANSAC-GM-PHD）滤波器。在该滤波器中,量测信息被用于在没有先验新生目标信息的情况下初始化新出现的目标,并且为了消除杂波对生成新生目标强度的干扰,基于密度聚类算法和序列随机采样一致性（S-RANSAC）算法对测量集进行预处理。此外,该滤波器通过区分存活目标和新生目标扩展了标准GM-PHD滤波器。MD-S-RANSAC-GM-PHD可以在包含大量杂波、新生目标强度未知的复杂环境中有效跟踪中段多目标。·提出了用于中段可分辨弹道群目标跟踪的图辅助改进GM-PHD（Improved GM-PHD,IGM-PHD）滤波器。通过提出权值重归一化算法、改进高斯项合并算法,以及考虑航迹连续性,IGM-PHD提高了标准GM-PHD滤波器处理群内空间邻近目标的能力。基于图论对可分辨群目标的结构进行描述,所建立的图模型可以有效处理动态变化的群目标。综合图模型和IGM-PHD,提出的图辅助IGM-PHD滤波器可以实现复杂条件下对中段可分辨群目标的有效跟踪。·提出了用于中段不可分辨弹道群目标跟踪的图分割扩展目标（Extended Target GM-PHD,ET-GM-PHD）滤波器。在提出的图分割算法中,为减少杂波对观测集划分的干扰,首先基于密度聚类算法对量测集进行处理;其次,将待划分的量测集构造成一个有向带权k最近邻图,在该有向图中,不同量测之间的相似性通过结合共享最近邻中包含的元素数目和量测在空间的接近程度进行建模;最后,基于所建立的有向k最近邻图,将量测集划分问题转化为图割问题。提出的基于图的观测集划分算法具有对杂波环境适应性强、参数选择简单以及计算高效的优势。综合基于图的观测集划分算法和ET-GM-PHD滤波器,可以实现复杂条件下对中段不可分辨群目标的有效跟踪。总之,本文针对复杂环境下基于低轨预警系统的中段目标跟踪技术难点,分别对低轨星座传感器管理、中段多目标的跟踪、可分辨群目标的跟踪,以及不可分辨群目标的跟踪等问题展开研究,所提出的方法对于我国导弹防御系统的建设具有一定的理论意义和工程应用价值。