临近空间的战略地位和军事价值日益重要。临近空间高超声速飞行器具有特别强的突防能力，可以有效突破现有的雷达防御体系，对国家安全造成巨大威胁。在如此严峻的形势下，提高雷达在低信噪比条件下对高速机动目标的探测能力是一项极其艰巨的任务和重要的使命。在凝视工作模式下，雷达信号的长时间积累技术能够有效提高在极为复杂的环境中雷达对高速高机动目标的探测性能，有效和可靠地发现威胁，因而成为了国内外研究的热点。本文围绕高速目标探测问题，对脉冲多普勒(PD)雷达凝视工作模式下雷达信号长时间积累技术进行了详尽的讨论和研究。主要内容可以归纳为以下几个方面：1.阐述了雷达信号长时间积累的基本理论。给出了长时间积累中“长时间”的定义，讨论了长时间内目标回波的相参性等问题；分析了雷达信号长时间积累的优势和影响因素等问题；最后针对高速目标探测时雷达多脉冲回波的获取问题，引入了PD雷达系统的凝视工作模式及其特点。2.针对临近空间高超声速飞行器的探测需求问题，建立了的运动模型和相应的雷达回波模型。首先讨论了周期跳跃运动模型，结合目标运动特性和单基地雷达探测实际情况，合理构建了径向匀速、斜向匀速直线和径向匀加速直线目标的运动模型。然后针对这三种类型的运动目标，分别建立了回波模型，并分析了回波特性，得到了各模型的适用条件和使用场合。3.针对雷达长时间凝视探测高速机动目标时出现的跨距离单元走动和跨多普勒单元走动问题，研究了三种雷达信号长时间相参积累算法：提出了基于广义二阶Keystone变换的长时间相参积累算法、基于Keystone变换和MFRFT、MDCFT参数估计的长时间相参积累算法和研究了基于检测前聚焦三维广义Radon-Fourier变换(GRFT)的长时间相参积累算法。在校正距离走动的同时有效地解决了多普勒高阶项补偿的问题，有效提高了信噪比积累增益。以上工作已通过计算机仿真验证，本文方法可以有效解决临近空间高速目标在低信噪比条件下，目标回波跨距离单元走动和跨多普勒单元走动的长时间相参积累问题，提高了雷达对高速目标的探测性能。