灾害性天气对飞机的飞行安全带来很大的危害和影响,多普勒气象雷达可以实现对台风、湍流和风切变等极端天气的有效探测和预警,目前仍是一项重要的技术手段并获得了广泛应用。由于大气环境变化的突发性和复杂性,多普勒气象雷达对恶劣气象的探测还存在许多技术难题,例如地杂波抑制和湍流目标的解速度模糊等问题。信号处理是多普勒气象雷达系统的重要组成部分,开展多普勒气象雷达信号处理关键技术的深入研究,有助于提高雷达检测气象目标的性能,具有重要的学术研究意义和较大的应用价值。本文深入研究了多普勒气象雷达的湍流目标检测方法、解速度模糊和地杂波抑制等关键技术,主要贡献和创新工作如下:1.提出了一种机载多普勒气象雷达湍流目标检测的仿真方案,采用湍流三维风场模型提高了仿真系统的逼真度。该方法采用理论模型的相关函数矩阵来生成三维风场模型,建立了基于Von Karman模型和Dryden模型的三维仿真湍流模型,进行了两种模型的理论分析和数值仿真对比。仿真结果及分析表明,基于Von Karman的湍流仿真模型的相关特性与理论值有较好的一致性,可以较好满足机载多普勒气象雷达湍流检测对湍流风场模型的仿真要求。2.提出了一种机载多普勒气象雷达湍流目标的检测方法:涡旋耗散率(EDR)法,EDR法不仅考虑了湍流目标的速度谱宽,而且参考了雷达工作参数和目标相对距离等参数,与传统的简单谱宽的判定法相比,不仅适用于湍流区域判定,还能实现湍流强度的分级。仿真结果及分析表明,EDR法具有较好的湍流检测性能,而且适用面更宽。3.基于BoXPol雷达强对流天气过程的观测数据,采用了模糊逻辑水凝物分类法(FHC),并结合双线偏振多普勒气象雷达偏振参量,对实测数据进行了降水粒子相态的识别分析,并将偏振参量与湍流强度相结合,分析了湍流对降水系统中粒子相态的影响,采用FHC法获得了降水粒子相态的识别结果,采用EDR法获得了湍流强度分布。数据分析结果表明,湍流强度较大时会导致降水粒子下落过程中速度和形态的变化趋势发生改变,符合实际天气情况。4.提出了一种在距离高度显示(RHI)扫描方式下三维模型的速度模糊修正方法,较好解决了多普勒气象雷达速度测量中的速度模糊问题。在RHI扫描方式下,依据扫描风场的分布特点和多普勒速度分布建立了三维圆筒模型,并采用最小二乘法估计奈奎斯特数,实现了速度测量的解模糊。在无其它辅助测量设备条件下与基于线性外推的自动判别法进行了对比分析。仿真结果及分析表明,所提出的方法在不同尺度的风场环境下能够准确解算速度模糊值,且计算简单,具有较高的应用价值。5.设计了一种基于时域参数化方法(PTDM)的多重脉冲重复周期工作方式下的杂波抑制方案,进行了三种不同脉冲重复周期组合条件下的地杂波抑制性能分析和数值仿真。在雷达发射单一重复周期信号时,与高斯模型自适应处理方法相比,PTDM方法的信号参数估计精度更高;在雷达采用参差双重复周期时,与谱矩估计方法相比,PTDM法具有较高的杂波抑制性能;当应用于多重脉冲重复周期时,与参差双重重复周期相比,杂波抑制效果得到进一步提升。仿真结果及分析表明,在雷达多重脉冲重复周期工作方式下,所提出的杂波抑制方案较好克服了常规技术的局限性,实现了地杂波的有效抑制。