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调频连续波(FMCW)雷达系统因具备功耗低、近距探测盲区小、测量精度高等特点,被广泛运用于工业控制、精密制导、防撞系统、气象探测、安全检测等领域。在前端系统的基础上,为了进一步提高雷达系统的性能,还需要对后端信号处理进行深入的研究。本文基于汽车防撞系统应用,对回波降噪、功率谱估计和多目标检测这三个核心问题展开研究。本文第一部分介绍了FMCW雷达系统的基本结构、工作原理及目标参数测量原理,以此作为后续信号处理的硬件基础和算法基础。在系统结构方面,介绍了系统参数指标并分析各模块的工作原理。对于目标参数的测量,本文分析推导了三角调制线性调频信号对于目标距离、速度和角度参数的测量原理与运算公式。从目标参数测量原理分析,其最为关键的是检测目标信号频点及多目标检测。因此,本文第二部分分析了目标频点检测过程中,回波降噪、功率谱估计和多目标检测问题。在回波降噪部分,本文利用噪声自相关函数的特点,从观察信号当中抑制噪声功率,保留有用信号的能量。本文对这种方法进行了理论分析,设计出基于自相关函数的降噪算法。同时,本文利用FFT的方式实现自相关函数的快速计算。从仿真结果来看,这种方法能够有效地降低噪声水平。在功率谱估计部分,本文介绍了经典功率谱估计和以AR模型为代表的现代功率谱估计。在这理论基础上,我们基于回波降噪部分信号自相关函数的特点,设计出低噪声相参累积的功率谱估计结构。这种结构能够在FMCW系统上实现信号的相参累积,提高信号的信噪比。从仿真结果来看,这种结构能够达到10log(M)d B的信噪比改善。在检测目标信号频点后,还需要解决多目标检测过程当中存在虚假目标检测的问题。首先,本文具体分析了传统混合体制(FMCW+CW)雷达多目标检测算法,并指出其在一些特殊情况下会存在虚假目标检测问题。然后,本文在其基础上进行了改进,利用相邻周期检测结果与目标频点运动特点,去除虚假目标,从而提高目标检测正确率。此外,本文还提出了相邻周期速度匹配的方法,直接利用相邻周期目标频点运动规律进行目标检测。其只需通过FMCW工作模式便可实现多目标的检测问题。最后,本文在现有雷达系统平台上,编写DSP控制及运算程序,利用Matlab工具编写了FMCW雷达显示与控制平台。完成了低噪声相参累积的功率谱估计进行的实测验证,目标距离、速度和角度的测量实验和多目标检测算法验证。