复杂空时变海杂波的存在给传统海事雷达探测海面弱目标带来了巨大挑战,传统雷达目标自适应检测方法难以平衡海杂波虚警和海面弱目标检测性能,因此近年来海杂波背景下的高性能雷达目标自适应检测方法设计是雷达信号处理领域关注的热点。已有的雷达目标自适应检测方法通常只利用了单个极化通道的雷达回波数据,而且往往针对的是秩一模型的点目标。传统方法在非均匀非高斯海杂波背景下检测距离和多普勒双扩展的目标时出现性能损失,在单个极化通道内检测微弱目标时出现性能瓶颈。近年来,极化分集技术被广泛用于提高雷达性能,极化雷达能够接收到不同极化方式的回波信号。海杂波和目标信号呈现出的不同极化特性为改善雷达对海探测性能提供了途径。针对上述问题,本文首先基于多秩子空间距离扩展目标模型和海杂波斜对称结构提出了GLRT、Rao和Wald准则下的三种极化自适应检测器,然后针对CG-IG杂波背景下的点目标检测问题,提出了一种基于信杂比加权的双极化检测器,实现了匹配杂波特性的近最优检测器向两个极化通道的推广。本论文主要的工作可概括如下:1、本论文回顾了几种常用的海杂波幅度分布模型,重点讨论了由海杂波物理场景推理得到的复合高斯模型,对四种不同纹理分布的复合高斯模型进行了详细介绍,并在实测海杂波数据上验证了几种模型的实际效果。还对海杂波的相关性研究进行了回顾,通过实测数据分析了海杂波的时间相关性质同时对几种海杂波空间相关模型进行了验证。第二章还对雷达极化测量的电磁学基础知识进行了简要介绍,最后对传统极化检测算法进行了概述。2、本论文研究了复合高斯杂波背景下的子空间距离扩展目标极化自适应检测算法。针对高分辨雷达下海杂波呈现出的非高斯特性以及目标在距离和多普勒上的扩展现象,将来自HH和HV极化通道的海杂波建模为复合高斯模型,目标建模为子空间距离扩展目标模型,同时将海杂波散斑协方差矩阵的斜对称结构加入到检测器设计中,分别利用两步GLRT、Rao和Wald准则设计了三种极化自适应检测器,所提出的三种检测器对纹理分布具有恒虚警特性,实验也证明了其关于散斑协方差矩阵以及协方差矩阵估计方法的近似恒虚警特性。仿真数据和实测数据的实验都说明,所提出的三种极化自适应检测器性能优于传统检测器,且对辅助数据的依赖更小,更适合在非平稳海杂波背景中使用。3、本论文研究了CG-IG海杂波背景下点目标的极化自适应检测算法。从单极化通道的最优检测器出发,提出了一种基于白化信杂比加权的极化自适应检测器结构,给出了其在CG-IG杂波背景下的具体实现即Pol-α-AMF检测器。本文通过理论推导证明了Pol-α-AMF对导向矢量、尺度参数以及散斑协方差矩阵的恒虚警特性,用实验证明了其关于样本协方差矩阵估计器的近似恒虚警特性。在仿真数据上验证了Pol-α-AMF相对于传统检测器的性能优势,分析了杂波形状参数和参考单元数对检测性能的影响,最后在IPIX雷达数据集上的检测结果说明,提出的检测器具有更强的杂波抑制能力,在非平稳海杂波背景下具有更稳健的性能。