高频地波雷达工作在3-30MHz的短波波段,利用垂直极化的电磁波沿海洋表面进行绕射,从而实现对海洋表面目标与低空飞行目标的探测。其具有探测面积大、超视距、反隐身等优点。因此,高频地波雷达被广泛应用到远程海洋监测、海态遥感以及气象预报等军民两用领域。不同于传统的微波雷达,拥挤的高频频段、动态变化的海面回波、非平稳电离层反射回波等使得高频地波雷达的目标检测背景十分复杂,弱小目标的信杂比低。经典的恒虚警率检测方法利用目标能量高于杂波和噪声背景能量的特点实现对目标的检测,在高频雷达复杂的检测背景下会导致目标的信杂比较低,这会使得其检测性能会大幅降低。因此,如何提升高频雷达在目标低信杂比情况下的检测能力,以及如何在复杂非均匀杂波背景下实现对目标的检测是高频雷达亟需解决的问题。针对以上问题,本文深入分析了如何将信息几何方法应用到高频雷达信号处理中,为解决高频雷达目标检测问题提供了新的思路与手段。基于信息几何理论,本文提出了在方位角度-距离-多普勒速度谱上的多维联合目标检测方法。该方法在进行检测时利用了信号的多维度信息,能够更好地将目标从杂波和噪声背景中检测出来。该方法的核心思想是将目标检测问题投影到几何流形上,利用目标与杂波噪声背景在流形上的几何距离差异进行检测判决。相较于经典的恒虚警率检测方法而言,该方法在赋予了检测问题几何意义的同时,能够更有效地提升高频雷达对目标的检测性能。本文具体的研究内容概括如下:首先,对高频超视距雷达的信号处理流程进行了介绍与理论推导,介绍了如何将接收阵列接收到的回波信号经过距离、方位以及多普勒处理得到对应的方位-距离-多普勒三维频谱结果,并分析了目标的频谱特征。基于方位-距离-多普勒谱分析了高频雷达的目标检测背景,对大气噪声、海杂波以及电离层杂波存在时检测背景的特点进行了推导与分析。然后对信息几何理论的数学基础和模型进行了深入浅出的介绍与阐述,介绍了经典信息几何与矩阵信息几何理论的概念与理论,并分析了雷达信号在矩阵流形上的几何特征,为将信息几何理论应用到高频雷达信号处理中奠定了基础。针对低信杂比情况下的高频雷达目标检测问题,本文基于高频雷达方位-距离-多普勒谱与信息几何理论,提出了一种多维局域联合矩阵CFAR检测方法。该方法首先在多普勒-角度维度选取局域数据并计算协方差矩阵,然后在距离维度构建检测器。它将目标与杂波背景的多维信息投影到几何流形上,在流形上通过比较检测单元与参考单元中心的几何信息距离差异,实现目标有无的判决。该方法利用了协方差矩阵间的几何信息距离代替传统的能量幅度判决,能够更加有效地提升对低信杂比的目标检测能力。在构建矩阵CFAR检测器时,本文提出了以马氏散度以及冯诺依曼散度等信息差异度量方法作为距离度量,将其与黎曼距离、巴氏距离、对数行列式散度以及对称对数行列式散等距离或散度的度量效果进行了对比,同时推导了不同距离度量下的几何均值与中值,用以计算杂波背景在正定矩阵流形上的几何中心矩阵。大量的仿真与实测结果表明,该多维局域联合矩阵CFAR检测方法能够有效地提升高频雷达对目标的检测性能。当检测单元存在偶发起伏较大的低能量杂波时,其在流形上会表现出与背景杂波具有较大几何距离,从而会被当成目标被检测,引起虚警;当参考单元滑窗内存在其他目标或类目标时,对当前检测单元的背景杂波几何中心进行估计时会产生较大影响。针对以上多目标问题,本文提出了相应的处理方法:当检测单元的杂波分布特性与背景环境杂波明显不同且其幅度能量较低的情况,提出了一种基于幅度信息加权的预处理方法,通过幅度能量信息的加权与几何距离判决相结合,能够将这种杂波进行剔除,以此降低该情况下的虚警概率。对于参考单元滑窗内存其他目标或类目标的情况,提出了一种基于距离信息加权迭代的矩阵CFAR检测器,用距离加权迭代后的协方差矩阵代替该参考单元协方差矩阵,进而降低滑窗内的目标对背景几何中心估计的影响,然后结合多维局域联合矩阵CFAR检测器实现目标检测。实验结果表明该方法能有效提升在偶发的大起伏杂波以及多目标情况下的探测能力。针对非均匀复杂背景下的目标检测问题,本文对高频雷达的海杂波、电离层杂波以及电台干扰进行了特性分析,研究了基于信息几何方法进行训练样本挑选的局域联合空时自适应处理方法。在高频雷达系统的实际应用中,有效的训练样本通常是有限的。同时,为了降低计算量,需要采用局域联合降维的自适应杂波处理方法。此外,海杂波和电离层杂波在距离维度都具有非平稳性,为了能够准确的对待处理单元的杂波协方差矩阵进行估计,本文提出一种基于信息几何理论的训练样本挑选方法。计算待处理单元与训练样本间的几何距离,选取与待处理单元杂波特征信息较近的样本估计杂波协方差矩阵,计算自适应权向量,达到对杂波与干扰的抑制效果,以此实现对非均匀杂波背景下目标的检测,通过实验验证了该方法的有效性。