多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)雷达近年来受到雷达界和相关学术界科研人员的高度关注和研究。相比传统的相控阵雷达,MIMO雷达利用波形分集和空间分集特性能够极大地提高角度分辨率、改进目标参数的识别能力、提高低速目标和弱目标的检测以及改善目标参数估计等方面性能,并能够突破传统体制雷达的性能限制。围绕MIM O雷达的波形分集与目标分辨、及处理复杂等带来的新问题,本论文提出MIMO雷达波形设计以及参数估计的新方法。本论文的主要工作及创新概况如下：(1)窄带MIMO雷达系统中的方向图合成和波形优化设计。首先,针对MIMO雷达中全方位(包括主瓣和旁瓣区域)同时逼近期望方向图的设计准则和求解方法,构造了一种MIM O方向图匹配设计协方差矩阵的统一优化框架,已有的一些方法可视作本框架下的特例。其次,实际中希望设计的方向图在主瓣区域逼近,而旁瓣区域能够控制到一定值,为此,提出一类将主瓣、旁瓣区域分开控制的MIMO雷达方向图合成,其包括三种具体的设计方法,其目的是保证期望区域信号无失真传输,且维持旁瓣低于预定的门限值。(2)单向和宽角度的宽带MIMO雷达发射波形设计。首先,考虑设计的波形具有单模或低的峰均比(PAPR)特性,提出一种基于单向发射方向图合成的波形设计方法。其次,围绕宽角度、宽带的MIMO雷达方向图合成,提出一种混合范数的宽角度的发射方向图合成方法,与最新的WBFIT方法相比,提出的方法设计方向图的主瓣在宽带频率段基本上保持恒定,且旁瓣控制在期望值-40dB以下。(3)静止目标的DOA及其反射信号的幅度估计。针对Capon和APES不能同时获得较高的分辨率和准确的幅度估计问题,提出一种基于稀疏表示的自适应参数估计方法。相比LS, Capon和APES,在目标θ=-25°和θ3=-21°很接近的情况,提出的方法也能提供精确的目标参数估计(4)运动目标的距离-方位-多普勒三维参数估计。针对运动目标的距离-方位-多普勒三维估计问题,提出一种迭代重复加权lq最小化方法。相比重复加权L1范数,提出的方法不需借助凸优化软件求解,只需通过多次迭代求解便可提供精确的目标三维估计；与DAS、最新的IAA和IAA-R相比,提出的方法不仅能在距离-方位二维截面的真实位置处获得精确地估计,而且也能在距离-多普勒单元处获得精确地估计。以上提出的MIMO雷达的波形设计与参数估计方法,都已利用MIMO雷达仿真实验数据进行了仿真,验证了新方法的有效性。