高频地波雷达工作在短波波段（3～30MHz），能够实现对海面目标和低空飞行器的超视距探测，是对国家200海里专属经济区内大范围海域进行实时监测的一种有效手段。但高频地波雷达所处的电磁环境较为复杂，易受到诸如短波电台、海杂波、电离层杂波及工业干扰等多种外部干扰的影响，从而制约了高频地波雷达的探测性能。这其中，电离层杂波以其存在时间长、覆盖范围广等众多特点，成为了影响高频地波雷达探测性能的主要因素。已有的杂波抑制方法主要根据电离层杂波的时频域、空域极化域等特性进行抑制，取得了一定的效果，但由于受到实际阵列性能的制约及阵列非理想因素（幅相不一致性、存在互耦效应等）的影响，这些杂波抑制方法的实际效果受到限制。
　　本课题围绕高频地波雷达中的电离层杂波，从极化阵列特性的角度出发，致力于研究符合实际阵列接收数据特性的抗杂波方法，并在不增加雷达接收系统硬件成本和复杂度的前提下设计孔径更长的极化稀疏阵列。在此基础上，进一步研究符合实际极化稀疏阵列模型的电离层杂波抑制方法。全文的主要研究内容如下：
　　首先，本文研究基于共点式双极化L阵的电离层杂波抑制方法。该共点式极化阵列由相互正交的均匀线阵组成，每个阵元上放置共点双极化矢量传感器。为充分利用和挖掘电离层杂波的全部信息，本文以共点式极化阵列为基础建立多域子空间，在各个域的各个参数上提取杂波和目标的差异，然后利用斜投影算子提出一种多域协同滤波器用于杂波抑制。即使杂波和目标在各个参数上差异很小，所提滤波器仍能获得较好的抗杂波效果。同时，本文基于共点式极化阵列对所提滤波器进行性能分析和误差分析。特别地，针对实际阵列存在幅度不一致的情形，本文提出基于极化域的改进多域协同滤波器，该滤波器可获得较好的杂波抑制性能。
　　其次，在不增加雷达系统硬件成本的前提下，本文将稀疏标量线阵引入极化敏感阵列领域，提出了分置式稀疏极化线阵，以获取更长的孔径从而提高参数估计性能和滤波性能。本文所提分置式稀疏极化线阵并非直接由稀疏标量线阵扩展而来，而是将不同类型的稀疏标量阵按一定规则排列，尽可能扩大孔径，同时满足高频地波雷达接收阵列以垂直极化天线为主的要求，并且降低两种互耦效应，即阵元间互耦效应和共点矢量传感器内的极化天线间互耦效应。本文讨论了完全极化信号模型和部分极化信号模型对分置式极化线阵设计的影响。所提分置式双极化阵列的差分共阵列（即虚拟阵列）为非均匀线阵，这将制约参数估计或滤波性能。为此本文提出基于斜投影算子的矩阵重构算法，将所有差分共阵列填补为均匀线阵，形成自由度增大的虚拟协方差矩阵，用于参数估计或滤波。特别地，本文利用矩阵插值的方法解决实际阵列中可能遇到的非等功率噪声问题。然后，针对实际极化敏感阵列中存在的两种互耦效应，本文进一步提出分置式三极化低互耦线阵。该阵列首先给出同极化天线的稀疏排布以降低阵元间互耦效应，然后利用上述阵列的稀疏性按一定规则排布不同极化的天线达到降低极化天线间互耦效应的目的。同时，考虑到雷达接收阵列在不同的实际应用中对不同极化天线数的要求，所提阵列有不同的天线排布方案，增大了阵列排布的灵活性和应用范围。
　　最后，本文将稀疏线阵应用到二维阵列领域，即稀疏L阵。根据该阵列的特点本文提出基于角度自动匹配和矩阵重构的方法获取自由度增大的虚拟协方差矩阵，进一步提高二维DOA估计性能和滤波性能。然后本文将稀疏L阵与极化敏感阵列结合，给出实际搭建的分置式极化稀疏L阵，并进一步提出先参数估计后协同滤波的两步法用于抑制电离层杂波。在参数估计中，针对实际分置式阵列中垂直极化天线和水平极化天线分别摆放在不同阵元以降低互耦的特点，所提算法先估计二维DOA，然后利用估计的DOA补偿极化参数估计中引入的空域信息，即不同极化天线因分置排布而引入的空域相位差。在协同滤波中，改进滤波器结构模型使之与实际阵列接收数据相匹配，构造基于极化域自适应的多域协同滤波器以消除垂直极化天线在天顶方向存在的相位不一致问题，从而获得更好的杂波抑制性能。实测数据处理验证了所提两步法的正确性。所提阵列和算法有效地抑制了电离层杂波，进一步改善了高频地波雷达的探测性能。