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天波超视距雷达(Over-the-Horizon-Radar—OTHR)工作在3—30MHz的高频频段，它利用电离层对高频信号的反射作用自上而下的进行目标探测，在对付低空和超低空突防、反辐射导弹以及隐身飞机方面有着天然优势，同时能够提供大范围的早期预警，而且预警时间远远超出一般雷达。因此，OTHR在现代国防中的作用越来越突出，具有重要的军事意义。利用天波超视距雷达进行探测海洋，分析海洋回波Doppler谱，可检测海上目标并获得海态信息。论文的主要工作如下：基于Barrick导出的散射强度公式模拟了海洋回波谱，分析了海杂波的分布特点以及和海态参数间的关系。利用一阶海杂波后向散射系数模型得出了各参数对一阶海杂波后向散射的影响规律及天波超视距雷达一阶海杂波后向散射系数变化范围和总体变化规律。给出了一阶高频雷达海洋回波多普勒谱与风向的关系，基于这种关系提出了一种基于神经网络和多波束采样法相结合预测海面风向的新方法。并利用仿真数据对这种方法的有效性及可行性进行了验证。基于舰载雷达海杂波的展宽机理，利用海杂波具有的混沌特性，对展宽的一阶海杂波谱用BP神经网络实现了预测和对消，最后用MUSIC算法分辨了海上目标的方位信息。