天基高轨预警卫星可以利用红外传感器对地面和空间目标进行探测跟踪,从而为战场态势感知提供信息支持,属于无源探测范畴。星载的红外传感器可以探测弹道导弹主动段高温尾焰的红外辐射,从而及早发现导弹发射并估计导弹战术参数,如预报导弹射向、关机点的速度位置等。在目标发现时间和观测区域广度上,天基高轨预警较中低轨预警和地基雷达预警有明显优势。而在预警系统建设初期或战时预警卫星有损失情况下,单星条件下的预警算法是建立天基预警系统的重要研究课题。天基高轨预警的核心问题之一是对弹道导弹主动段进行弹道参数估计,而在高轨单星预警中,弹道参数估计存在困难。一方面,星载传感器仅能获得导弹尾焰辐射的角度测量信息,观测信息不完备;受大气条件和导弹主动段时间的限制,观测数据较少。另一方面,导弹主动段运动规律复杂,在弱可观测条件的限制下,运动模型参数过多会导致模型不可辨识,参数过少会带来较大模型误差。因此,在大部分星弹相对观测几何下,估计问题呈现病态。解决此问题,其一可以融合各类预警先验信息来弥补观测信息的不完备性;其二可以改进导弹主动段的运动模型。本文针对高轨单星预警条件下,不同类型预警先验信息的融合方式、先验信息误差传播分析,以及导弹主动段运动模型改进展开研究,主要工作和成果如下:第一,对预警先验信息进行系统的分类,阐述了各类先验信息的利用方式。在此基础上,提出一种融合先验信息的单星预警算法。在一个典型的星弹相对观测几何空间内,对各类先验信息进行了单因素误差分析和敏感性分析。第二,改进了导弹主动段运动的重力转弯模型,提出一种基于最优弹道倾角约束的单星预警算法。同时,根据该算法射向估计偏差的系统性规律,提出一种偏差的抑制方法。