逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)能够全天候、全方位地对海面进行探测搜索,获得舰船目标信息,同时可以对感兴趣的目标进行成像、特征提取和属性识别,对我国管辖海域、海岸带实施巡航监视,提升国家海防能力具有重要意义。本文以实际对海ISAR系统为平台,针对海杂波统计特性建模、海杂波中的目标检测、参数估计和成像模式下运动目标距离方位连续跟踪等关键技术进行了深入研究,主要内容如下:1.介绍了对海ISAR中常用的海杂波幅度分布,给出了相应的数学模型及参数估计方法。通过对大量实测数据的处理与定量分析,证明Gamma分布可用于X波段雷达海杂波幅度分布的建模,且其形状参数具有空间慢变特性。利用该分布对海杂波幅度进行建模,将有利于人们加深对海面散射机理的理解,丰富海杂波常用统计模型,也为后续海杂波中恒虚警(Constant False Alarm Rate,CFAR)检测算法设计奠定了基础。2.提出了两种适用于Gamma分布杂波背景的恒虚警检测器:基于最大似然估计的MLG-CFAR和基于加权幅度循环迭代的WAI-CFAR。理论分析证明MLG-CFAR检测器对Gamma分布的杂波平均功率估计值是渐进有效的,且在形状参数已知的前提下,该检测器对尺度参数具有恒虚警特性;MLG-CFAR在均匀、非均匀杂波背景中的检测性能仿真结果验证了该检测器在Gamma杂波中的最优性。为进一步提升CFAR检测算法在杂波边缘的虚警控制能力和多目标情况下的检测能力,本文提出了WAI-CFAR检测器。该方法综合了均值类和有序统计量类CFAR算法的优点,在形状参数已知时对Gamma分布的尺度参数具有恒虚警特性,在均匀杂波背景中具有较好的性能,在非均匀杂波背景中可通过灵活设定加权系数,获得较强的目标检测能力和鲁棒的虚警控制能力。3.目标参数估计是目标检测之后的重要一环,它将为后续目标探测跟踪、ISAR成像跟踪提供准确的输入信息。本文在已有的工程应用方案基础上,建立了基于邻近单元比幅法的距离、径向速度估计方法的理论模型,并给出了典型的应用实例。考虑到实际对海ISAR的常用信号形式和工作方式,上述方法在目标参数估计时仍存在两个重要问题:线性调频信号的距离-多普勒耦合效应和扫描模式下天线方向图引入的幅相调制。基于此,本文建立了天线扫描模式下广义相参积累的数学模型,首次理论分析和仿真研究了天线转动对目标参数估计的影响,提出扫描模式下距离、速度联合估计方法和修正的和差比幅单脉冲测角技术,并结合实际目标参数估计流程提出了完整的改进方法。4.获得目标的距离、速度和方位等准确信息后,可选取其中感兴趣或者具有威胁性的目标进行ISAR成像。为了实现对目标连续成像或尽可能地延长积累时间以提高多普勒分辨力,需要在成像期间通过对选定目标的距离、方位连续跟踪实现对该目标的持续捕获。本文提出了一种基于“质心算法”的宽带回波距离方位自动跟踪(RATCA)方法。考虑到成像场景中可能存在各类不稳定因素造成回波偶然丢失,该方法综合脉内处理、脉间处理并引入“遗忘因子”实现了对目标距离差、方位差的鲁棒估计。理论分析和仿真结果证明RATCA方法能够有效地削弱回波丢失等极端情况对距离、方位跟踪的影响,具有良好的跟踪效果和优异的鲁棒性。5.通过大量的实测数据处理与分析对上述方法的性能进行评估与验证。结果表明,本文提出的两类CFAR检测算法、目标参数估计方法和基于目标宽带回波的距离方位跟踪方法在实际海面环境中具有较好的处理结果和良好的适应性。上述理论分析、实测数据处理和外场试验结果表明对海ISAR目标检测估计与宽带跟踪等关键技术问题得到较好的解决,且处理方案对后续雷达系统研制、信号处理算法工程化应用提供了必要的支撑。