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由于天波超视距雷达优越的早期预警性能、超大面积的监测能力以及独特的军事应用背景使得其越来越多的被重视。天波超视距雷达的主要探测目标是空中的快速机动目标如作战飞机、巡航导弹等和海面的大型慢速目标如大型舰船、航空母舰等。而就海面目标的检测而言，杂波建模是建立系统模型和仿真的基础，抑制杂波是海面慢速目标检测的前提。对于空中机动目标检测而言，目标机动性导致的回波扩展是限制空中目标检测的一大障碍。基于这样的现状，本文从天波超视距雷达的信号处理系统入手，主要研究了以下内容：海杂波的建模与仿真、海面慢速目标的检测问题与海杂波的抑制算法、机动目标的运动特点与时频分析技术在机动目标检测中的应用。1）本文首先结合文献介绍了天波超视距雷达的信号处理流程和信号处理方法，重点推导了距离-多普勒处理方案，分析了天波超视距雷达在探测不同目标时的参数设置问题。2）结合文献和参考资料，分析高频段海杂波的产生机理，建立高频段的海杂波模型，仿真海杂波谱，并分析海杂波的谱特点、分布情况及影响因素。3）根据海杂波谱的特点和分布情况，本文系统的研究了海杂波抑制算法，分别仿真了在存在慢速目标的情况下海杂波循环对消法特征子空间法、基于MUSIC算法的海杂波循环对消法对于海杂波的抑制情况，并分析了各算法的特点及适用范围。4）本文系统的分析了空中快速机动目标的运动特点及检测难题，深入的研究了时频分析技术在空中机动目标检测中的应用，仿真了时频分析与MUSIC算法结合的空中机动目标检测算法、基于Radon-WVD变换的空中机动目标检测算法、基于遗传算法的空中机动目标检测算法，并分析了各算法的特点及适用范围。