当前我国亟需掌握西太平洋上航母等大型舰艇的动态,基于微波对流层散射的雷达频谱监视能够满足高空间、时间覆盖性及实时性。相对传统无源探测,对流层散射雷达信号具有特殊的性质。首先在对流层散射理论基础上建立俯仰向散射模型,分析模型参数对聚集能量的影响,提出宽频带探测系统中接收天线最佳仰角计算方法,研究目标俯仰向多波束对系统带来的影响,结合典型雷达信号俯仰向特性进行分析。确定了接收天线最佳仰角,得出目标俯仰向多波束时可积累仰角在2度内的波束能量,并且不同仰角的波束有群延迟。其次建立方位向散射模型,研究接收天线方位向如何聚集能量、目标方位向静止和扫描对测向带来的影响,分析这些影响与重要参数的关系,结合典型雷达信号进行说明。得出接收天线方位向需要分集接收,并且存在一个与接收系统无关的最小测向误差角和最小虚像模糊角,接收天线架设越高对测向越有利。再次建立阵列接收信号模型,分析阵元间相位的变化关系,对比其与传统值的异同,改进传统阵列信号处理算法。得出一维等间距线阵中阵元间相位差与阵元编号呈线性关系,但阵列接收对流层散射信号中各阵元间还存在相位扩散项,会引起测向误差和测向模糊。最后设计并实现了一套模块式可扩展的高速同步采集记录系统。整个系统采用模块化设计,扩展性强,能够14bit 180MHz连续采样,时钟模块一级级联可实现128路同步采集记录。