隐身飞行器与巡航导弹的发展对现有雷达的检测与跟踪系统提出了巨大的挑战。对弱小目标的检测与跟踪已成为雷达研究领域亟待解决的问题。针对这一问题,本文研究了单脉冲雷达和差通道联合检测与估计、单点目标联合检测与跟踪及其在单脉冲雷达与脉冲多普勒雷达中的应用、单扩展目标联合检测与跟踪及其在频率步进雷达中的应用、单脉冲雷达未分辨目标的检测前跟踪,具体内容安排如下:第二章研究单脉冲雷达和差通道联合检测与估计问题。以比相单脉冲为例介绍了单脉冲测角原理,在此基础上给出了单脉冲雷达信号模型。针对单脉冲比已知的情况,推导了其广义似然比检验(Generalized Likelihood Ratio Test:GLRT)。仿真实验表明,存在较为精确的预订信息时,该检测器可获得较大的检测增益。针对单脉冲比未知这一更为普遍的情况,提出了一个实用的二级检测器,并分别通过仿真实验和暗室实验进行性能评估。结果表明,该二级检测器能够有效提高波束边沿处的检测性能,可增加实际应用中雷达的半功率波束宽度。第三章研究单点目标联合检测与跟踪问题。基于随机有限集的贝叶斯滤波方法,给出了伯努利滤波器的解析形式,并在此基础上提出了一种新的伯努利滤波器粒子实现方法。该方法将强度测量模型和检测器输出测量模型统一到了一个粒子滤波器框架下,并能够降低滤波器实现时的运算复杂度。给出了该滤波器在单脉冲雷达中的应用,通过仿真实验实现了低信噪比下的目标捕获与稳定跟踪。将该滤波器应用于脉冲多普勒雷达以进行联合目标检测、跟踪与解模糊,解决了传统解模糊方法在虚警较多的情况下无法工作的问题。第四章研究单扩展目标的联合检测与跟踪问题。基于泊松扩展目标模型推导了伯努利扩展目标滤波器及粒子实现,相比于现有方法大大降低了运算量。通过仿真实验探讨了该滤波器针对不同形状扩展目标的使用方法。将该滤波器应用于频率步进雷达这种典型的宽带雷达体制。仿真实验表明,基于高分辨距离像实现了联合的目标检测、跟踪与距离–速度解耦合。提出了集成传感器点传播函数的伯努利滤波器,相比于未经门限判决的方法降低了存储空间与传输带宽。仿真实验验证了该算法的有效性。第五章研究单脉冲未分辨目标的检测前跟踪问题。考虑最多存在两个目标的情况,基于Swerlling II目标模型建立了单脉冲雷达未分辨目标信号模型,并针对该模型推导了基于粒子实现的多目标检测前跟踪算法。通过两个典型场景仿真评估了该算法的性能。仿真结果表明,该方法可实现对目标数目及各目标状态估计,从而解决了未分辨目标的检测与跟踪这一难题。第六章为全文工作的总结,并探讨了下一步工作方向。