相控阵雷达跟踪海面上飞行的低空目标时,由于海面反射形成了镜像,引起了多径效应。此时直达信号与反射信号同时进入天线,造成回波幅度与相位的变化,并且这种变化不能从直达信号中分离出来,从而造成目标仰角估计的严重误差,甚至引起跟踪的失效。针对多径效应的问题,首先建立海面低空目标的跟踪模型,分析了目标、镜像和雷达之间几何关系。再研究了海面反射(包括镜面反射与漫反射)系数的特性,影响多径效应的因素等。接着,研究了相控阵雷达不同的测角方法。从基本的方法入手,过渡到相控阵雷达常用的单脉冲和差波束法,分析了这些方法各自的测角效果;着重研究了多径效应影响下比幅和差波束法在目标跟踪中的运用,并分析了多径效应的形成原因,简单介绍了几种常用的多径消除技术。然后,重点研究了应用阵列信号处理技术对低空目标进行DOA(direction of arrival)估计。为了减小直达信号与反射信号间的相关性,先介绍了三种去相关的方法,再采用其中一种方法结合经典的MUSIC算法来做DOA估计。但是由于低空目标的仰角常常超出了MUSIC算法的角度分辨范围,为了获得较好的仰角估计效果,本文利用基于变换的协方差对消算法在角度分辨上的良好性能,将其与改进,应用于低空目标DOA估计,既减小的信号的相关性,又提高了角度的分辨率。仿真实验结果验证了该算法在低仰角估计上的优越性。上述方法的处理并不能完全消除多径效应的影响,为了获得好的跟踪效果,本文将用于机动目标跟踪的IMM(交互多模)算法用于多径效应下的目标跟踪。该方法使用了两个Kalman滤波器,在存在多径效应与不存在多径效应两种模式下交互转换,把多径效应的影响转变为目标垂直方向上的噪声影响来进行滤除。此外,本文还将IMM算法与相关多径误差的去相关结合,或者将双频跟踪融合用于IMM算法。前者可以降低计算量,且避免了滤波协方差矩阵会出现奇异的情况,较好的解决了滤波中多径误差的相关性问题。而后者较之一般的IMM算法,够在每一段时间间隔范围内取得较小的误差,改善滤波的效果,获得更好的跟踪性能。