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海杂波通常是指海洋表面的雷达后向散射回波，严重干扰了雷达对海面目标的检测性能，因此海杂波研究对于雷达系统设计、雷达信号处理和海面目标检测具有非常重要的意义。分形是非线性科学的重要分支，在诸多领域获得了广泛应用。本文关注的是如何使用分形理论来处理海杂波和检测弱小目标这一前沿课题。在研究中注重将理论研究和实证研究相结合，一方面采用最新的分形理论对海杂波进行分析和研究，另一方面结合IPIX雷达实测数据来检验海杂波背景下弱小目标检测方法的有效性。本文主要对海杂波和目标回波在时域和分数阶傅里叶变换域的多种分形参数的差异进行研究，基于IPIX雷达实测数据分析比较几种分形参数的检测效果，最后利用改进方法实现海杂波背景下的小目标检测。主要工作包括：1.从时域的角度对海杂波的分形特性展开研究，分别利用盒子维数、分数布朗运动模型和高阶分形特征分析海杂波和目标回波的性质差异，分析比较各方法检测性能的优劣。2.从分数阶傅里叶变换域的角度研究海杂波的分形特性，验证海杂波在FRFT域满足分形特性，利用海杂波与目标回波FRFT域的分形特性差异进行目标检测并与时域的检测效果比较，最后将扩展分形引入FRFT域的海杂波特性分析。3.在FRFT域Hurst分形指数的基础上，提取多尺度Hurst指数构建特征矢量，结合高阶分形特征参数，建立贝叶斯目标检测系统，实验结果证明其检测性能优于其它分形指数检测方法。