天波超视距雷达(OTHR)是一种特殊的雷达体制,利用电离层对雷达信号的反射作用进行目标探测。OTHR作用距离远,覆盖范围大,具有很高的国防和军事价值。但是目前天波超视距雷达短相干积累条件下的舰船检测比较困难,这主要是因为舰船和海杂波的多普勒频率接近,雷达回波谱中舰船目标容易被海杂波一阶回波遮蔽。本文主要研究OTHR的舰船检测问题,各章节的主要工作如下:说明了天波雷达的工作原理和军事价值,结合其发展历史和现状介绍了OHTR舰船检测的研究意义和存在的问题。阐述了OTHR的信号处理流程,介绍了时域、空域和多普勒域的处理方法;分析了高频雷达海洋回波谱的特性,基于Barrick导出的散射强度公式模拟了海洋回波谱,介绍了海态、雷达工作参数和电离层等因素对回波谱的影响。目前工程上解决海杂波遮蔽问题的方法主要有两类,一类是海杂波循环对消法,通过减去正弦信号的方法抑制海杂波;另一类是高分辨谱估计方法,通过较高的频率分辨率在多普勒域将目标和海杂波区分开。本文首先研究了海杂波循环对消法的理论知识和实现方法,分别使用Root法,FFT相位分析法和APES方法进行海杂波对消,实现了海杂波的抑制。然后介绍了两种超分辨谱估计方法,即Capon和MUSIC算法,通过仿真和实测数据的处理分别验证了两种算法的有效性并对其性能做了简要的分析。某些情况下,电离层的层次性分布会导致多模传播的发生,使得一个距离单元内的多普勒谱中存在多对Bragg峰,传统方法海杂波对消和高分辨谱估计方法均无法将目标和多个海杂波一阶谱峰区分开来。本文针对多模传播的情况,研究一种基于杂波统计特性的一阶峰匹配算法,该算法利用同一传播模式下的正负一阶峰多普勒频率差恒定的特性对海杂波一阶谱峰配对从而区分舰船目标和海杂波一阶谱峰,实现舰船目标的检测。仿真和实测数据的处理验证了该算法的有效性。