临近空间因其独特的空间环境优势而备受世界各大国的关注,临近空间飞行器也应运而生。临近空间飞行器具有飞行速度快、机动能力强等特点,尤其是在巡航阶段采取的跳跃式机动方式,使得雷达对此类目标的跟踪非常困难。因此对此类目标的跟踪研究逐渐成为热门课题,而且具有重要的意义。针对临近空间飞行器的跳跃式轨迹跟踪,本文从跟踪模型、算法框架和变采样率三个方面出发,设计出了性能良好的跟踪算法。首先,就临近空间飞行器实际飞行数据匮乏的问题,本文对飞行器的运动进行数学建模,并控制飞行器的模拟飞行得到跳跃式轨迹的数据,为跟踪算法仿真分析提供仿真数据。之后,针对飞行器在巡航阶段的非弹道跳跃式运动,本文从数据处理坐标系、状态方程和量测方程三方面构建目标跟踪模型,并在理论推导Sine模型的机动频率敏感性基础上进行验证性的仿真。然后,考虑到飞行器的机动多变性和单模型跟踪的局限性,本文使用交互多模型算法,将三个不同机动频率的Sine模型进行交互,在分析传统IMM算法中模型概率方面所存在不足的基础上,以新的模型融合准则调整模型概率的更新方式。仿真实验表明,改进算法改善了跟踪效果。最后,为进一步提高目标跟踪的精度,在算法中引入自适应变采样的概念,通过对速度估值的二次滤波,形成基于速度平滑的自适应变采样算法,并采用分档的形式避免采样率的变化过于频繁。经仿真分析,验证了该算法的有效性。本文最终设计的跟踪算法为:以大地直角坐标系为状态空间,以Sine模型建立状态方程,以无偏转换建立观测方程,以三个不同机动频率的Sine进行交互的改进IMM为算法框架进行卡尔曼滤波,并辅以自适应变采样。该跟踪算法通过仿真验证了其良好的跟踪性能。