相控阵天气雷达是一种新型的进行定量探测的天气雷达系统，是相控阵技术在大气探测领域的应用。相控阵天气雷达以其高时空分辨率的探测能力、高实时性探测和准确的探测数据成为雷达气象学研究的一个热点，并可能成为今后天气雷达发展的重要方向。本文从气象目标特性、气象探测原理及气象雷达方程出发，分析了气象回波的时频特性及模拟方法；研究了气象回波信号谱矩估计方法，并根据地杂波的频谱特性设计了地杂波抑制滤波器。对数字波束形成技术做了全面的基础研究，建立信号及阵列模型，对常规接收波束形成进行了仿真；建立常用的阵列误差模型，讨论了阵列误差对波束形成的影响；最后提出了相控阵天气雷达波束污染的概念，给出了反映波束污染严重程度的指标参数，即污染度因子的定义，并建立了点、线、体目标的目标模型，分析计算不同目标模型时的波束污染情况以及波束污染的抑制方法。