相控阵天气雷达是近年来出现的新型的天气雷达，能够对突发性中小尺度的灾害天气进行有效的监测和预防。相控阵天气雷达的时间、空间分辨率都比较高，且探测的实时性强，可以得到有效的探测数据。本文根据天气雷达的基本理论，分析了天气回波信号的时域特性和频域特性，建立了天气回波与杂波的模型并进行了仿真。研究了相控阵天气雷达信号处理系统的基本组成及功能，对杂波抑制、平滑处理、谱矩估计与解模糊等常规天气信号处理进行了分析与仿真。研究了不同的初始化对IIR滤波器抑制性能的影响，通过仿真对常用的两种谱矩估计算法进行了对比，并提出了频域的改进算法，分析并仿真了参数化谱估计对频域谱矩估计的影响以及双PRF解速度模糊算法。最后，基于某相控阵天气雷达信号处理系统，完成了以8片ADSP-TS201S为核心的信号处理板的软件设计与实现。主要包括DSP对多波束的处理方式、功能分配和软件设计流程，并对系统的功能进行了测试。