大气阻力是作用于低轨卫星上的最大的非引力摄动,会影响到卫星的任务规划和寿命设计、轨道和再入预报以及碰撞预警,提高大气阻力的计算精度对于提高卫星的应用效率具有重要作用。本文针对低轨卫星轨道预报和热层大气密度反演问题,主要进行了以下两方面工作。第一,研究通过改进低轨卫星轨道预报中所使用的动力学模型来提高卫星的轨道预报精度。分析了光压、不同大气密度及阻力计算模型对轨道预报精度的影响,同时,根据缩减动力学方法拟合卫星精密轨道的结果中,切向经验加速度随升交点角距呈现明显的规律性变化,建立经验加速补偿模型并用于卫星的轨道预报中。实验结果表明:改进后的动力学模型能够提高低轨卫星的轨道预报精度,其中,经验加速补偿方法对预报精度的提升效果较为明显,尤其对短时预报的提升效果极为显著。相较纯动力学方法,经验加速度补偿方法在预报开始两小时内对预报精度的提升可达80%以上,一天的精度提升可达50%左右。此外,不同经验大气密度模型的轨道预报精度有一定差异。第二,经验大气模型的发展需要有新的观测数据驱动,研究基于卫星精密轨道数据反演热层大气密度。首先,从轨道根数对时间的偏导数出发,介绍了轨道反演大气密度的原理;随后,给出了大气密度的反演方法;最后,以CHAMP和GRACE-A卫星为例,分析了密度反演过程中使用不同阻力系数模型对反演结果的影响,以及反演结果与加速度计数据反演结果、经验密度模型计算结果间的差异。结果表明:不同阻力系数模型的阻力系数计算结果存在差异,差异主要体现在结果的波动性上,不同模型的密度反演结果差异在10%以内。与加速度计数据的密度反演结果相比,CHAMP卫星精密轨道数据的密度反演结果偏差较大,但不同时空下的偏差情况有所不同,其中,北半球及南半球的昼侧区域的相对偏差明显小于夜侧。与经验大气密度模型的密度计算结果相比,CHAMP卫星精密轨道数据的密度反演结果与其符合较差,而GRACE-A卫星的反演结果与其符合较好,相对偏差普遍不超过15%。