随着现代军事科技的不断发展，高速目标的机动性能越来越强，从而使雷达系统无法对高速机动目标进行有效的连续探测，目标的高速机动特性给防御雷达提出了严峻的挑战。此时防御雷达的信号处理部分存在新的问题，对高速机动目标的探测需要进一步深入的研究。针对高速机动目标检测时出现的脉压失配情况，同时考虑到回波信号尺度伸缩的影响，首先建立了目标回波精确模型，并对回波信号进行精确的匹配滤波，同时分析了目标运动参数对匹配滤波的影响。然后在精确匹配滤波的基础上，分类讨论了目标不同的运动参数所对应的不同的信号处理方法，给出了不同运动参数下高速机动目标检测的信号处理流程图，并通过仿真验证了上述信号处理流程的正确性。其次详细分析了高速机动目标相参积累时距离走动和多普勒扩展的补偿方法，并对相应的补偿算法进行了仿真和性能分析。最后采用STK软件对雷达的探测、跟踪性能进行了分析，在STK/Matlab接口的基础上开发了临近空间高速机动目标检测与跟踪综合演示系统，并对系统中各模块的设计过程进行了说明，最终验证了该系统对高速机动目标检测与跟踪的有效性。