天波超视距(over-the-horizon,OTH)雷达利用电离层对高频电磁波的反射现象,对视距外目标进行远距离探测,其作为一种特殊体制的早期预警雷达在军事上有重要的战略地位。经过多年发展,天波OTH雷达已具备相当的探测能力并得到广泛使用,但复杂的电磁传播环境和探测背景依然使其在应用中面临诸多挑战。本文围绕制约天波雷达目标探测的部分实际问题展开研究,包括多目标探测效率提升、射频干扰抑制以及海杂波抑制等。力图针对典型问题提出可行的改进措施和解决方案,达到弥补不足,提升天波雷达探测性能的目的。本文主要工作和创新如下:(1)基于数据恢复的多方位空海目标同时探测目前相控阵体制天波OTH雷达在探测多个方向上的目标时需交替照射和驻留,对某一方向海面目标的长时间相干积累大幅增加了对另一方向空中目标探测的时间间隔,不利于高速空中目标的连续跟踪和稳定航迹生成。针对此问题,本文提出了一种时间内插的多方位空海目标同时探测方案,其在海面目标的一次波束驻留时间内插入多次空中目标探测,并对由此导致的海面回波数据缺失进行恢复补全,从而在实现对空中目标形成稳定航迹的同时,保证海面目标的有效探测。(2)结合图像纹理指标的射频干扰空域抑制本文将图像分析领域的纹理指标引入雷达信号处理,提出使用“粗糙度”作为射频干扰强度以及抑制水平的评价指标。该指标不依赖干扰特征的先验知识也不需要对其进行估计,而是通过对雷达距离-多普勒图的灰度计算完成干扰强度评估。借助粗糙度的引导,本文提出了一种波束形成中最优对角加载系数的确定方法,提升了对空域旁瓣内的射频干扰的抑制性能。(3)结合距离旁瓣约束的射频干扰时域抑制本文分别从波形设计和滤波器设计两个角度研究了兼顾距离旁瓣特性的射频干扰抑制问题。从波形设计角度,提出了基于最优干扰抑制滤波器的低旁瓣波形设计方法,该方法对理论输出信干噪比和互相关旁瓣进行优化,并给出了一种基于交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)框架的迭代求解算法。从滤波器设计角度,提出了两种基于旁瓣约束的干扰滤波器设计方法,他们均以最大化理论输出信干噪比为目标,并分别约束积分旁瓣电平和峰值旁瓣电平实现旁瓣特性控制。所提滤波器设计问题可通过转化为二阶锥规划(Second Order Corn Programming,SOCP)问题进行求解。(4)基于杂波谱认知的海杂波滤波器设计海杂波是天波OTH雷达探测低速海面目标的主要障碍,实际环境中的海杂波频谱往往富于变化,且具有一定的非均匀性。这使得仅由参考样本很难准确估计杂波特征,并进一步影响杂波抑制方法的应用效果。本文结合杂波谱认知技术提升杂波特征的估计精度,首先在最优滤波器框架下研究了基于先验知识和杂波谱模型的海杂波抑制方法。接下来提出了基于稀疏字典学习的杂波抑制方法,该方法对雷达回波数据进行线下长期学习,建立杂波字典,并利用其在杂波抑制中估计杂波特征。所提方法能提升对杂波协方差矩阵的估计精度,有效改善了OTH雷达在非理想海杂波背景下的杂波抑制和目标探测能力。(5)多跳海杂波建模与抑制在常规海杂波的基础上,由多跳传播引起的杂波谱叠加和扩展进一步扩大了海杂波的频谱范围,也放大了对目标探测的影响。本文根据多跳杂波的传播和叠加原理,对其进行了分析建模,并提出采用特殊波形实现多跳杂波抑制。文中所介绍的两种多跳杂波抑制方法分别基于序贯正交波形以及“发二停一”非连续波形,它们能在有效分离或抑制多跳杂波的同时,保留常规一跳回波的主要信号成分。以上所提方案方法均从天波OTH雷达的实际需求出发,以目前雷达设备作为硬件基础,其有效性和工程可用性经过实测数据或仿真实验的验证。