天波超视距雷达(Over-the-Horizon-Radar—OTHR)工作在3—30M的高频频段,利用电离层对高频信号的反射作用自上而下的进行目标探测,它在对付低空和超低空突防、反辐射导弹以及隐身飞机方面有天然优势,同时能够提供大范围的早期预警而且预警时间远远超出一般雷达。因此,OTHR在现代国防中的作用越来越突出,具有重大的军事意义。但是OTHR的高频工作波段、利用电离层反射进行传播以及下视的工作方式也使得它在信号处理上面临着许多问题。这些问题的解决对于提高OTHR的性能,发挥OTHR的优势起着至关重要的作用。本文重点对OTHR工作中电离层污染的校正以及舰船目标的检测进行了深入研究。首先对OTHR的距离—方位—多普勒三维联合处理方法进行了详细的数学推导,并根据Barrick导出的散射强度公式模拟了海杂波的回波谱,并分析了海杂波的分布特点及影响其分布的因素。然后,深入研究了电离层污染的校正,重点研究了电离层相位扰动的解污染,对现有的几种解相位污染的方法进行了讨论,分析了各种方法的优缺点,并对相位梯度法(PGA)解污染中Bragg峰附近存在目标的情况进行了深入讨论,提出了可以采用分别利用正负Bragg峰进行PGA解污染的方法准确的检测出Bragg峰附近的目标。最后讨论了OTHR背景下舰船目标检测的问题,分别研究了在长相干积累条件下和短相干积累条件下的舰船检测,重点研究了在短相干积累条件下的舰船检测,通过仿真分析证明了基于FFT相位分析的改进海杂波循环对消法,相比于传统方法可以大大提高海杂波参数的估计精度,降低剩余杂波的强度和扩散程度,从而更加有利于舰船目标的峰值显露。