隐身技术的广泛应用使得典型军事目标如战机、导弹和舰艇的雷达截面积(Radar Cross Section)锐减。这些低RCS目标回波信号微弱,常隐藏在强杂波和各种干扰中,给雷达的探测带来了极大的挑战。为了提高机载雷达复杂战场环境下微弱目标探测性能,主要军事大国都开展以机载有源相控阵雷达为代表的新体制雷达技术研究。和传统机械扫描雷达相比,机载有源相控阵雷达拥有波束易控、功率空间合成、波形灵活、系统损耗低等诸多优势,因此具有更优越的微弱目标探测能力。本文结合有源相控阵雷达体制上的优势,研究机载有源相控阵雷达微弱目标探测理论与方法,在“机载有源相控阵雷达系统优化设计”、“基于检测前跟踪(Track Before Detect,TBD)的微弱目标检测”、“基于波形优化的目标检测”等方面开展系统深入研究,主要工作如下:第一章介绍了本文研究背景,回顾了机载有源相控阵雷达以及微弱目标探测技术研究现状。第二章首先梳理了机载有源相控阵雷达总体设计思想,对天线与接收处理分系统及工作方式进行了优化设计;针对有源相控阵雷达跟踪加搜索工作模式,提出了一种基于自适应任务调度机制和交互多模型概率数据关联滤波器的实现方式,能够在兼顾搜索的同时实现对多个目标稳定精密跟踪;针对机载有源相控阵雷达资源管理,提出了一种模块高度内聚、方便扩展的开放式雷达资源管理架构,以满足工程应用需求。第三章研究了基于TBD的微弱目标检测技术,针对空中微弱目标检测,提出了一种改进的基于动态规划的TBD方法,综合利用积累域轨迹的累积功率与连贯性进行目标判决,具有更优的虚警抑制效果;针对海面微弱目标检测,提出了一种基于目标与海杂波检测点群空间结构特征鉴别以及基于功率谱特征鉴别的数据预处理方法,提高了后端TBD处理效率。第四章研究了基于波形自适应优化的微弱目标探测技术,推导了扩展目标的检测概率与发射波形的近似解析式,为扩展目标的最优检测波形设计提供了基础,然后,针对秩-1目标模型,提出了最优检测波形、次优检测波形及渐近最优检测波形的设计方法。第五章研究基于频率步进波形的微弱目标探测技术,对频率步进波形参数进行了优化。在此基础上,深入研究了频率步进波形对海杂波去相关机理,并评估其在海面目标检测中的性能,结果表明:通过采用频率步进波形进行高分辨处理,可以有效增强海面目标的信杂比。第六章研究基于调频与相位编码步进频波形的微弱目标探测技术,首先研究调频与相位编码步进频波形的接收处理模型,对参数进行了优化,然后评估了调频步进频波形在海面目标检测中的性能,结果表明:通过对调频步进频波形进行高分辨处理,可以有效增强海面目标信杂比。第七章研究了基于频率编码波形的微弱目标探测技术,首先分析Costas编码波形以及外推编码波形模糊函数及脉压特性,在此基础上,通过增大子脉冲频率间隔,同时在子脉冲上叠加合适的线性调频信号,设计出一种改进的外推编码波形,具有更大带宽以及更低的脉压旁瓣,可以极大地减少微弱目标被强目标旁瓣遮掩现象。