机载气象雷达系统能够在飞行中实现对气象目标的探测。然而,近地气象目标易受到强地杂波的影响,从而导致目标信息的缺失和检测虚警。为实现强地杂波背景中的气象目标检测,传统的时域和多普勒域气象目标检测技术从地杂波和气象目标谱矩信息差异的角度出发,提出一系列气象目标检测方法。但由于频谱展宽和多普勒模糊的影响,这些方法往往不能获得较好的检测性能,甚至在某些实际处理中失效。此外,考虑到各种灾害性天气对航空安全的威胁,气象目标垂直剖面反演技术显得尤为重要。针对以上两点,本文主要围绕气象目标检测技术和垂直剖面超分辨反演技术展开研究。本文主要研究内容可概括如下:1研究了地杂波和气象目标的雷达方程及统计特性,分析零记忆非线性变换（ZMNL）方法的实现流程,提出了一种机载气象雷达回波信号仿真方法。该方法将回波信号统计模型与雷达实际扫描过程相结合,可产生逼真度更高的仿真回波数据。通过脉冲对法（PPM）对仿真数据的谱矩信息进行估计,证实了该回波信号仿真方法的有效性。2研究了基于时域和多普勒域的气象目标检测技术。将地基气象雷达中的地杂波检测技术扩展应用到机载气象雷达目标检测中,详细分析各种检测方法的实现原理以及流程,并提出了一种基于相位稳定性测量（PSM）的时域气象目标检测技术。采用仿真和实测数据的处理结果综合评估了各种检测方法的性能。3针对传统气象目标检测技术受频谱展宽和多普勒模糊影响导致检测性能恶化的问题,引入了俯仰双通道接收系统,提出了基于干涉相位和基于特征值分解（EVD）的气象目标空域检测技术。在地杂波分量和气象目标分量相互独立前提下,分析出高斯杂波背景下干涉相位和第二特征值统计特性的解析表达式,并将该统计特性用于恒虚警率（CFAR）检测器中,实现对气象目标的鲁棒检测。相较于传统的气象目标检测方法,所提方法具有更高的检测概率和更好的应用前景。4针对现有气象目标垂直剖面反演方法中扫描波束空间分辨率较低和俯仰维回波数据较少,导致的反演性能恶化问题,提出一种基于线性预测和多波束信号重构的目标垂直剖面超分辨反演方法。该方法一方面采用俯仰垂直阵列系统接收回波数据,对俯仰维空域快拍进行线性预测以等效扩展阵列长度,从而提高波束空间分辨率;另一方面,通过空域快拍加权方法对俯仰维回波信号进行重构,以解决俯仰维回波数据量较少的问题。仿真结果表明,该方法可明显改善气象目标垂直剖面反演的性能。