地杂波判决与滤波、距离/多普勒困局(Range-Doppler Dilemma)约束下的距离/速度解模糊、天气回波矩特征精确估计是天气雷达信号处理研究领域三大关键技术问题。在地杂波抑制方面,论文分析了单脉冲重复频率(pulse repetition frequency,PRF)雷达波形的自适应杂波滤波技术,并将其应用于双PRF雷达信号处理中。在距离速度解模糊方面,为压缩体扫周期,提高空域观测数据率,提出了一种基于频率分集的雷达波形。在偏振特征估计方面,论文将复数域相位差分技术应用于比差分相位的估计中,并利用业务用雷达的实测数据与实数域差分相位估计算法进行了对比。论文的主要工作包括:一、在地杂波抑制方面,分析了单PRF雷达回波杂波环境分析自适应处理算法(Clutter Environment Analysis using Adaptive Processing,CLEAN-AP)的性能。在此基础上,以双偏振多功能相控阵天气雷达和终端区飞机监视雷达气象通道应用为背景,将CLEAN-AP滤波方法应用于双PRF信号杂波抑制中。仿真分析和实测数据计算表明,该方法具有较好的地杂波抑制性能,能够为谱矩估计提供高质量的滤波后信号。二、在双偏振天气雷达波形设计方面,针对不同的波段、仰角观测条件,提出了一种基于频率分集的距离/速度解模糊雷达波形设计方法。该方法通过频率分集的方法,将测距、测速信号拼接起来。与现有业务用雷达系统广泛采用的连续监视/连续多普勒、交替分组扫描(Batch)波形相比,该波形能够在保证与业务用天气雷达系统具有相同的最大不模糊速度和最大不混叠距离基础上,有效降低空域扫描所需要的时间。此外,这种波形可有效避免连续监视/连续多普勒雷达波形固有的空间分辨单元时间不同步问题,亦可规避Batch波形测量中固有的空间分辨单元不一致问题,提升双偏振天气雷达基数据估计精度。三、当差分传播相位跨越相位主值周期或存在随机起伏时,比差分相位估计会产生偏差,影响降雨强度等天气特征估计。针对这一问题,论文首先介绍了雷达偏振量估计技术,在此基础上,研究利用复数域差分相位的非线性拟合方法,并通过仿真分析和实测数据计算方法进行了比差分相位估计实验。结果表明,在差分相位空间梯度较大和随机起伏区域,该方法比实数域差分相位拟合方法具有更好的估计性能。论文在地杂波抑制上的工作可应用于现有的业务用雷达系统和正在发展中的双偏振多功能相控阵天气雷达中;提出的基于频率分集的距离/速度解模糊雷达波形设计方法特别适合固态双偏振雷达系统和相控阵天气雷达系统中,有效增强空域扫描能力,为短时强降雨、飑线等灾害性天气观测雷达设计提供潜在的波形设计方案;提出的比差分相位为空间降雨率梯度大的区域的偏振特征估计提供了一种精度较高的方法。