近几年,多输入多输出超视距(Multiple Input Multiple Output over the Horizon,MIMO-OTH)雷达成为天波超视距雷达研究领域的热点方向之一,受到了国内外学者的广泛关注。本论文主要研究了MIMO-OTH雷达原理及信号处理方法、目标和电离层参数联合估计、瞬态干扰抑制和电离层相位污染校正,本论文主要工作和贡献如下:(1)MIMO-OTH雷达原理及信号处理方法本论文建立了双基地MIMO-OTH雷达信号模型,然后建立在信号模型的基础上,从工程应用方面出发,对MIMO-OTH雷达信号处理流程和处理方法进行了研究,包括:接收数字波束形成(Digital Beam Forming,DBF)、发射DBF、匹配滤波、多普勒处理、恒虚警(Constant False Alarm Rate,CFAR)检测和参数测量,最后本论文从双基地MIMO-OTH雷达的雷达方程出发,对双基地MIMO-OTH雷达的探测性能进行了讨论。(2)MIMO-OTH雷达目标和电离层参数联合估计传统天波超视距雷达电离层参数由电离层探测设备探测,雷达利用探测得到的电离层参数进行目标参数估计,电离层参数的精度严重影响目标参数的估计性能。本论文提出了利用电离层探测设备输出值和雷达回波信号,对目标和电离层参数进行联合估计的思想,推导了电离层参数先验信息未知和电离层参数先验信息已知两种场景下的联合估计器和估计器的性能下界,联合估计器有效利用了雷达回波信号中的电离层信息,提高了目标参数和电离层参数的估计精度,同时,本论文给出了选择传统估计方法和联合估计器的准则。(3)基于低秩矩阵元素补全的瞬态干扰抑制天波超视距雷达工作环境复杂,外部干扰和噪声严重,其中瞬态干扰是天波超视距雷达的常见干扰,严重影响雷达的性能。现有的瞬态干扰抑制方法一般需要先进行杂波抑制,但是在实际雷达系统中,由于电离层的相位污染,相邻方位-距离-多普勒单元杂波的相关性较差,使得杂波抑制不彻底,影响瞬态干扰抑制效果。本论文提出了基于矩阵元素补全的瞬态干扰抑制算法,该方法不需要预先抑制杂波,同时该方法在抑制瞬态干扰的同时,能有效抑制噪声,提高信噪比。(4)基于低秩矩阵分离的瞬态干扰抑制虽然基于矩阵元素补全的瞬态干扰抑制算法较传统方法,有较好的抑制效果,但是仍然需要利用门限方法检测瞬态干扰的位置,在瞬态干扰比较弱的场景下,难以检测弱干扰的位置。为此,本论文提出了基于低秩矩阵分离的瞬态干扰抑制算法,该方法不需要进行干扰位置检测,直接利用瞬态干扰的稀疏性,通过低秩矩阵分离算法将瞬态干扰分离,同时,该方法能有效抑制弱瞬态干扰和噪声。(5)基于多级泰勒展开的电离层相位污染校正电离层状态随时间变化,引起雷达信号相位调制,造成多普勒谱展宽,掩盖慢速目标,因此,在慢速目标检测前,需要校正电离层引起的相位调制。由于电离层相位调制与时间为非线性关系,现有的相位污染校正算法,首先一般对数据进行分段,然后分别对各段进行相位估计和污染校正,但是在实际应用中,数据分段准则很难确定。为此,本论文提出了基于多级泰勒展开的电离层相位污染校正算法,该算法将电离层相位进行多级泰勒展开,然后利用交互式多模型算法,估计电离层扰动相位,最后利用相位估计值进行电离层相位污染校正,该算法不需要进行数据分段,同时具有较好的相位污染校正效果。