周期性高超声速巡航飞行器是一类新型空间飞行器,具有飞行速度快、运动轨迹复杂、机动程度高等特点,对国防安全提出了严峻挑战。基于天基平台的光学跟踪系统是导弹防御系统的重要组成部分,如何利用探测器对周期性高超声速巡航飞行器的测量信息进行高精度目标跟踪是天基平台光学跟踪系统的关键技术之一。本文从周期性高超声速飞行器的弹道设计与特性分析、运动模型构建和高精度跟踪算法研究三方面开展了深入工作。主要内容包括以下三部分:第二章对周期性高超声速巡航飞行器的特性进行了分析。结合当前该类飞行器的运功过程和受力情况,从控制学和弹道设计的角度提出了一种改进的周期性高超声速巡航飞行器弹道设计方法。通过仿真分析和理论建模手段,进一步分析了周期性高超声速巡航飞行器的运动特性和辐射特性。本章为后续章节的研究提供了基础。第三章结合周期性高超声速巡航飞行器的运动特性,对飞行器运动模型进行了研究。针对飞行器飞行过程中是否受控制力的作用,将周期性高超声速巡航飞行器的巡航弹道划分为动力转弯段和无动力飞行段两种情况。进一步结合每一种情况的受力机理,通过借鉴典型弹道导弹的运动建模的思路,分别构建了相应的运动模型。通过仿真验证了本文模型的有效性。第四章提出了一种基于UKF-IMM滤波的周期性高超声速飞行器巡航段高精度跟踪方法。为实现对巡航段的跟踪,首先提出一种带约束的助推段周期性高超声速飞行器助推段机动检测方法。然后基于动力转弯段和无动力飞行段的运动模型,在IMM滤波框架下解决周期性高超声速飞行器不同飞行阶段的机动检测与目标跟踪问题;针对目标运动模型和测量模型的非线性程度高的特点,利用UKF滤波提高目标跟踪精度。最后总结提出了基于天基平台的跟踪算法的流程。仿真结果表明,本文算法能够较好地解决周期性高超声速巡航飞行器的跟踪问题。