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针对传统分形方法在海杂波研究中的局限性，为了有效检测海面弱小目标，本文提出一种分形理论与时频分析相结合的海面弱目标检测算法。首先通过分数阶Fourier变换（FRFT）将时域回波信号变换到时频联合域，在FRFT的最佳变换域，信号的能量得以聚集、信杂比得以提高。然后提取改进的空间分形特征差异作为检测统计量，将其作为目标检测的依据。利用IPIX雷达实测数据进行验证，实验表明本文的算法可以有效避免门限效应的影响，克服了传统方法中使用固定分数维门限检测效果不佳的缺陷，提高了海事雷达的弱目标检测性能。