雷达系统由于其优越的目标参数(如角度、距离等)估计与检测性能,被广泛应用于军事国防领域(军情侦察、警戒引导、武器控制等)和民用领域(交通管制、气象预测、资源勘探等)。但是,在发射资源(如频带宽度,发射功率等)受限场景中雷达系统性能将明显衰退。此外,电子对抗(electronic counter-measures,ECM)技术的发展也给雷达系统带来了巨大的挑战。因此,对雷达信号进行有效处理,提升雷达系统对目标参数估计及检测的准确性,成为国内外研究学者的关注热点之一。本学位论文重点研究了雷达系统在发射资源有限或干扰场景中的信号处理,提出了脉冲雷达系统中基于虚拟扩展(virtual expending,VE)的高分辨率距离估计算法和多输入多输出(multiple-input and multiple-output,MIMO)雷达系统中基于相位同步的高分辨率目标检测等算法。主要研究内容和创新点如下:1、提出了一种基于压缩感知(compressive sensing,CS)和VE算法的CSVE雷达系统。为了实现频带资源有限场景下的高分辨率距离估计,本学位论文提出的CSVE雷达系统中,接收雷达先通过提出的VE算法利用不同脉冲接收信号构建模拟真实频率信号所对应的虚拟信号,从而扩大了雷达系统接收信号的有效带宽。随后接收雷达采用CS技术对接收信号和虚拟信号进行压缩感知,并估计目标距离参数,进一步降低对频谱带宽的需求。与现有算法相比(如Capon,Matched filtering等),CSVE雷达系统既能减少信息处理量,又能提供高分辨率距离估计。仿真实验验证了CSVE雷达系统能实现有限频带资源场景中的高分辨率距离估计。此外,为了提高CSVE雷达系统在频率干扰场景中的鲁棒性,本学位论文将频带检测技术(如频谱感知技术)应用到CSVE雷达系统。发射雷达能够有效检测并避开发射频带内干扰信号且接收雷达能够检测并舍弃接收脉冲串中的频率干扰信号,最终CSVE雷达系统利用VE算法的灵活性选择未受干扰的脉冲信号进行虚拟扩展,实现了频率干扰场景下高分辨率距离估计。2、设计了一种交互式MIMO雷达系统及其相位同步算法。针对现有相位同步算法(如Master-Slave,Round-Trip等)仅补偿了LO差异而忽略了信道相位失配从而引起目标检测性能衰退这一问题,本学位论文提出的目标端相位同步算法通过两个阵列在不重叠的工作时隙内交替地发射和接收探测信号进行信息交互,可有效补偿分布式MIMO雷达系统中不同发射天线与目标之间的信道相位失配。通过推导目标检测概率的理论封闭解表达式和仿真实验,验证了新算法能够提高信噪比(signal to noise ratio,SNR),实现高分辨率目标检测。此外,针对动态目标场景,本学位论文还通过预测并补偿由目标运动引起的信道相位偏移,提出了目标端相位同步算法的改进型算法。仿真结果表明改进型算法可以实现运动场景中的高分辨率目标检测。受MIMO雷达系统目标端相位同步算法的启发,本学位论文进一步将其扩展到分布式天线系统(distributed antenna system,DAS)并提出了两种DAS中基于无线广播特性的低同步开销相位同步新算法。仿真结果表明两种新算法可实现多目标场景中的分布式波束成形(distributed transmit beamforming,DTB),且所需同步开销较低。3、推导了不同阵列结构的MIMO雷达系统在不同干扰数量、不同干扰强度时,目标检测概率的理论封闭表达式。针对现有文献中,MIMO雷达系统目标检测率在干扰场景下未给出理论封闭表达式这一现状,本学位论文进行了深入研究,探究了MIMO雷达系统在压制干扰场景下的性能衰退情况,并推导了目标检测概率的理论封闭表达式。通过仿真实验,发现和理论公式可以达到完美匹配。基于该研究结果,可以方便地进行MIMO雷达系统的性能分析和参数优化。4、提出了一种基于波形叠加的脉冲分集新算法。现有脉冲分集技术可以有效对抗欺骗干扰但在估计真实目标的距离参数时会产生许多旁瓣影响脉冲雷达系统的距离估计分辨率。为了解决这一问题,我们提出了一种基于波形叠加的脉冲分集新算法。新算法在每个发射脉冲的探测信号上叠加加密的标签信号作为识别特征,接收天线通过对该标签信号进行提取来识别真假目标。通过对探测信号及认证信号的有效功率分配,可实现目标识别性能和真实目标距离估计性能之间的有效权衡。仿真实验验证了新算法能同时保持较好的真假目标识别准确率和真实目标距离估计分辨率。