高频天波超视距雷达利用电离层反射来传输高频段电磁波,从而克服了地球曲率半径的限制,实现对海面舰船目标和飞行目标的超视距探测,并且可以应用于海态遥感等各项民用事业中.首先,该文叙述了迄今为止国内外天波超视距雷达信号处理领域的发展状况,明确了信号处理级在整个雷达系统中所处的地位以及相应需要完成的任务,对当前的一些信号处理整体方案进行了评述,并提出了基于参数化模型化思想的新的信号处理解决方案.在上述信号处理整体方案的具体实现上,侧重于对传输环境的建模以及模型假设下各类算法库的构造,在该文中选取了天波超视距雷达中具有典型性的两类算法库进行了深入研究,并提出了相应的改进算法.在天波超视距雷达信号处理中,主要面临着电离层结构及变化所带来的影响,导致系统可用度的下降的问题.对于电离层相位路径失真的校正,首先分析了现有的主要基于各种瞬时频率估计技术的算法,包括MESA、MUSIC-type和相位差分法等等.对其中的MUSIC-type算法进行了改进,构造了一个扫频维来改进其估计精度,改进后的算法在较高的信噪比条件下,估计误差和性能上有约5dB的改善.接着针对该算法需要发射多个不同频率的信号波形,系统上难以实现的缺陷,提出了在接收端进行多数据通道处理的方案,无需在发射端进行改动即可实现多通道数据的获得,从而改善电离层相位失真的估计精度.然后又引入了基于奇异值分解的Hankel降秩技术,利用该技术同时实现了相位路径失真的估计和海杂波及噪声抑制,在多普勒扩展的情况下能够发现多普勒速度位于海杂波一阶分量附近的目标信号.对于杂波与噪声抑制,首先是采用了与电离层相位路径失真校正相结合的Hankel降秩技术,并讨论了该技术在短序列条件下的海杂波及噪声抑制效果,并针对多目标情况,提出了一种海杂波对应奇异值的判定方法,从而有效的避免了误对消现象的出现.由于电离层多径传输效应而出现的扩展杂波,该文在原有的基于匹配场处理技术的交叉相关算法基础上,将其拓展到了多维,提出了多维匹配场处理技术.针对由于目标机动所产生的相干积累损耗问题,该文中首次提出了多项式相位建模的方法,采用一个低阶的多项式相位信号来描述目标径向运动矢量,然后采用高阶模糊函数和乘积高阶模糊函数来估计该多项式的各阶系数,最后再补偿掉二阶以上的径向运动分量,这样就可获得相干积累损耗补偿后的结果.最后,对其他类型的杂波和干扰也进行了初步的讨论.