海洋权益是我国巩固大国地位必须掌控和维护好的重要权益,为能及时有效地应对来自海上的威胁,必须进行海上超视距无源探测预警侦察,准确确定目标方位。已知海上大型武器平台常配备搜索警戒雷达,其发射信号经对流层散射能实现超视距传播,故对该散射信号进行侦收检测及来波方位角估计成为可能。首先分析了对流层散射超视距传播的损耗特性,重点对无源探测非合作背景下的偏向损耗进行了分析,并结合典型目标信号仿真得出了接收信号大致信噪比;然后结合散射传输函数对多径衰落导致的信号能量在时、频域及其联合域的扩散特性进行了分析,通过仿真实验得出了信号能量在相应域的扩散情况,为后续的信号检测及DOA估计方法的研究打下了基础。其次,根据对流层散射信号能量的时域衰落扩散特性,分析了信号截取方式与截取增益的关系,确定出信号最佳截取窗长,利用该截取窗截取接收信号序列能量最集中的部分,获得信号最佳截取增益,能有效改善信号信噪比,再依频域衰落扩散特性截取信号频谱大致分布范围,进一步获得截取增益,改善信号信噪比;然后对截取的数据段做能量积累,推导检测门限进行二元假设检验,并通过仿真实验验证了经时、频域衰落扩散截取、积累后,能对信噪比低至-20dB的对流层散射信号有效检出。再次,建立在时频MUSIC算法基础上,构建出了经时频域衰落扩散修正的空间时频分布矩阵,然后对修正处理后的信噪比改善情况、子空间估计误差进行了分析,得出由于特征分解后特征值的加大,信噪比得到提高及子空间估计方差减小,在理论推导上反映了算法估计性能得到了改善,最后通过蒙特卡洛仿真实验对空间谱估计结果及角度估计标准差进行了对比分析,验证了经时频衰落扩散修正处理能有效改善角度估计精度。最后设计了一套基于信号检测及DOA估计的数据采集可视化软件,对本文算法进行了嵌入实现,然后结合对流层散射超视距无源探测实验系统,设计进行了信号检测及DOA估计算法的近场测试实验,验证了本文算法性能及可视化软件的可用性,为后续进行外场实验测试打下基础。