平流层飞艇具有可定点和机动、驻空时间长、载重量大、可重复使用等特点,在对地观测和监视、导弹预警和防御等领域具有突出优势,已成为各国竞相研发的热点。本文以平流层飞艇载雷达为应用背景,研究了三维地形杂波的建模仿真以及三维空时自适应处理方法。主要完成了以下几方面的工作：1.建立了艇载三维阵列雷达信号模型。给出了艇载三维天线阵列模型及艇载雷达坐标系。在Ward报告的均匀线阵信号模型的基础上,详细分析了三维天线阵列的发射和接收信号模型以及噪声、干扰和杂波模型,利用各阵元和杂波块的三维坐标,推导了各分量的空时快拍和协方差矩阵的具体数学表达式。这些表达式适用于任意三维天线阵列且包含了俯仰、方位和多普勒三维的信息。2.对艇载三维阵列雷达的三维地形杂波进行了仿真。介绍了雷达中常用的几种杂波统计模型。从杂波散射单元的划分、杂波回波信号的仿真和地形遮蔽的判断三个方面对三维地形杂波的仿真进行了详细研究,给出了地杂波仿真的完整流程图。最后利用半C60阵列和三维仿真地形对艇载雷达的杂波进行了计算机仿真,验证了所建杂波模型的有效性。3.研究了俯仰-方位-多普勒三维空时自适应处理方法。首先介绍了空时自适应处理(STAP)的原理以及衡量STAP方法的性能指标。然后在传统的二维STAP基础上,增加俯仰维信息,拓展推导出匹配滤波(MF)、自适应匹配滤波(AMF)、多普勒滤波后空时联合处理(mDT)和局域联合处理(JDL)四种三维STAP方法。最后利用三维地形杂波仿真数据对本文推导的3D-STAP方法进行了验证,结果表明,通过选择合适的参数,三维mDT方法和JDL方法能够以较少的训练样本获得接近最优处理器的性能。