高频地波雷达是一种超视距探测雷达,其垂直极化的电磁波可以沿海面传播到视距以外的地方,因此高频地波雷达常常被用来探测超低空飞行目标以及舰船目标等。但是在高频地波雷达的回波信号中,通常会有大量的杂波存在,这些杂波会影响雷达的检测性能,尤其是电离层杂波。所以对电离层杂波的检测提取显得尤为重要。基于电离层杂波与背景噪声的功率比,通过雷达选频可以降低电离层杂波功率,减小对目标检测的影响。此外,由于高频无线电波会与粗糙海面相互作用产生海杂波,因此高频地波雷达回波中的海杂波携带了海面的一些特征信息。基于此,高频地波雷达在海态信息反演中也有重要的应用价值,其具有覆盖范围广,可以全天候监测以及不易受恶劣环境影响的优势。本论文主要围绕电离层杂波的检测提取以及海面信息反演两个方面展开,主要内容如下:1.在电离层杂波检测提取方面,本文首先介绍了高频地波雷达回波中的主要杂波种类,重点讲述了电离层的结构以及高频无线电波在电离层中的传播机制,从而得到了电离层杂波的各种特征,为电离层杂波的检测提取奠定理论基础。然后,在距离多普图中,运用图像处理的方法,基于电离层杂波在幅度和扩展形态上的特性,通过二维Otsu分割算法以及区域特征识别算法对电离层杂波进行检测提取。在提取出电离层杂波后,本文进一步计算了电离层杂波与背景噪声功率比(杂噪比),杂噪比将作为雷达选频的一个参数输入到雷达选频系统。2.在海面信息反演方面,本文首先阐述了海面上与本文有关的关于海浪的一些背景理论,包括海面的波浪的形成原理及分类,用来描述海面波浪的统计学方法和谱方法等。然后定量地给出了一、二阶海杂波散射模型,将一、二阶海杂波的能量与海浪谱联系了起来,为海洋表面参数的反演提供了理论支撑。最后,在一、二阶海杂波模型的基础上,利用二阶海杂波和一阶海杂波的能量比得到均方根浪高;利用风速与有效浪高之间最为直接的正相关关系,建立了指数模型,以此来得到风速;对于风向,根据一阶海杂波的雷达截面积方程,可以得到正负Bragg峰能量比与风向的定量关系,进而可以求得风向。通过最小二乘法解决利用多波束法反演风向的风向模糊问题。