天波超视距雷达主要是利用电离层对高频电磁波的反射实现对超远距离（超视距）的雷达目标的检测和跟踪，在超视距预警、超视距监控、海洋状态监控等军事与民用领域具有重要的理论意义和应用价值。天波超视距目标探测技术已成为当前国际前沿研究课题之一。由于天波超视距雷达探测距离远，导致目标的回波信号非常微弱；同时，由于电离层的不均匀和时变特性，导致目标回波信号产生畸变。因此，天波超视距雷达在雷达方程、参数估计、目标检测和跟踪算法等方面与常规雷达有着明显的不同。本文针对这一问题，开展了如下研究：1、研究了天波超视距雷达方程，分析了天波超视距雷达的最大探测距离和雷达足迹与电离层的关系；基于国际参考电离层模型(IRI)，详细分析了电离层电子浓度剖面、天波雷达工作参数的关系。2、研究分析了国产某型天波超视距雷达实测数据特性，指出了流星余迹干扰该雷达探测的主要瞬态干扰之一；研究了两种瞬态干扰的滤除的方法；并对国产某型天波超视距雷达实测数据进行瞬态干扰滤除。结果表明，提出的算法能很好的抑制瞬态干扰，并使原来被淹没的目标在频域上凸现出来，具有重要的实际应用价值。3、研究了电磁波在电离层中传播机理，分析了雷达接收回波中电离层带来的相位污染和多模传播特性；根据点目标频谱污染的原理，并结合检测前跟踪技术和动态规划方法，提出了一种改进的天波超视距雷达下针对被电离层扰动而发生频谱污染的目标的动态规划跟踪算法，并进行了仿真验证。结果表明，该方法可以有效的对频谱拓展目标的进行跟踪。本文所有研究都致力于解决国产某型天波超视距雷达的实测数据中对微弱目标检测时遇到的问题，研究结果表明提出的所有算法对这批实测数据是有效的，也为后继研究提供了良好的基础。