海杂波特性和海面目标雷达回波的测量、分析和建模是海洋雷达系统设计和性能评估的重要基础。海杂波具有非高斯性,而且其特性是时空变化的。特别在小擦地角情况下,动态海面复杂的散射机理和海杂波复杂的特性使得建立实用的海杂波模型成为一项具有挑战性的任务。由于受到海面风浪和涌浪的作用,建立海面目标真实雷达截面积（Radar cross section,RCS）及其起伏特性模型是一件非常困难的事,从而导致对海雷达在系统设计和性能评估时缺乏精确的RCS信息。海杂波与海面目标散射特性的研究是一项以试验为主的应用基础学科。因此,研究海杂波和海面目标散射特性的测量和分析方法,对于对海雷达系统设计和性能评估能力提升具有重要意义。本文基于架设于灵山岛的P波段实验雷达,系统研究了雷达海面外定标方法、海杂波幅度均值测量和预测方法以及海面目标RCS估计方法和特性。本论文主要研究内容及贡献如下:1.详细阐述了海杂波与海面目标散射特性研究相关基础,具体内容包括:描述了雷达外定标的工作原理,定标标准体的种类和特点,以及常见的岸基雷达外定标方法,并分析了各种方法的优缺点;给出了与海杂波幅度特性相关联的海面环境表述方法,介绍了适用于小擦地角条件下的经典幅度分布和幅度均值模型及其特点;对海面目标RCS测量方法以及起伏特性进行了描述,并对国际上已经提出的模型特点进行了分析。2.为了实现岛基P波段雷达小擦地角条件下海上定标,基于多径传播理论提出了一套完整的海面外定标方法。首先给出了海面外定标试验方案设计,采用双锚固定的方式用以减小船只漂移,船载稳定平台用以克服船只晃动带来的标准体姿态变化,有源定标器（Active Radar Calibrator,ARC）用以实现有限空间内产生较大RCS。其次结合多径传播理论,仿真分析了潮汐大小、有效浪高、ARC天线高度、定标点位置对多径信号影响程度,基于该理论分析设计并实施了海上多径信号接收试验。通过多径传播模型预测结果与实际测量功率曲线的拟合确定了多径传播模型的参数,进而估计出定标点位置处的传播因子,实现了多径效应修正。最后利用灵山岛P波段试验雷达海面外定标数据验证了该方法的有效性,达到较高的外定标精度。3.针对P波段雷达黄海海域小擦地角条件下海杂波幅度均值预测问题,结合灵山岛海域获取的近三个月实测数据,对比分析了经典海杂波幅度均值模型的适用性,提出了一种精度更高的修正模型。首先基于Pierson-Moscowitz（PM）海浪谱选择满足充分发展海面条件的灵山岛P波段全记录海杂波数据,为了避免实测数据中地杂波和目标信号的干扰,采用平均多普勒谱选择性中值滤波方法实现了海杂波幅度均值的稳健计算。进一步对比分析了已有幅度均值模型在灵山岛P波段数据上的适用性,结果表明美国技术服务公司（Technology Service Corporation,TSC）模型具有较小的预测误差。从预测分析中发现TSC模型预测曲线和测量曲线具有明显的趋势性差异,在分析其背后原因的基础上,提出了一种修正TSC模型。通过对TSC模型中擦地角和风向因子的改进,调整了幅度均值随参数的变化趋势。最后结合实测结果对比发现,修正模型更好的实现了 P波段雷达黄海海域小擦地角海杂波幅度均值预测,预测精度要优于TSC模型。4.在低分辨海用雷达中,由于海杂波、涌浪、风浪的影响,测量海面小目标的RCS及其起伏特性是一个困难的任务。针对这一任务,设计并实施了一个以小船为配试目标的P波段海上试验,提出了一种从雷达回波数据中估计小船RCS的方法,并且分析了海面小目标的RCS特性。为了精确获取配试目标的RCS,采用了两种措施:一是基于离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform,DFT）的相参积累用于提高目标回波的信杂比,减小海杂波对目标RCS测量的影响;二是两级中值滤波用于目标定位,解决目标回波起伏导致的目标轨迹间断的问题。基于小目标RCS测量数据的分析,可以得出下面初步结论:P波段海面小目标的RCS起伏特性受目标相对雷达的姿态角和海况影响较小,但RCS的值随姿态角和海况变化较大。