雷达探测系统面临的战场环境日趋复杂，隐身目标、各类干扰、低空超低空突防、反辐射导弹、饱和超饱和攻击等依然是雷达系统面临的主要威胁。相控阵雷达技术的发展，从一定程度上缓解了雷达探测系统所面临的这些困难，特别是数字波束形成(DBF)的出现，大大改善了雷达系统的战术性能。将自适应处理与DBF相结合的自适应数字波束形成(ADBF)是相控阵雷达发展的一个重要方向，相关研究成果已颇为丰富，但其工程化应用研究还远未完善。 另一方面，传统相控阵雷达采用DBF技术后虽然能改善在抗干扰等方面的性能，但在应对诸如隐身目标、超低空目标、饱和攻击等威胁时，也暴露出了一些不足，例如，在探测低空弱目标时容易被敌方截获，强杂波背景下对动态范围的要求过大，窄波束扫描限制了雷达的工作效率等。 将多输入多输出(MIMO)技术应用于相控阵雷达系统能有效改善这些不足。在发射端，MIMO雷达各阵元(或子阵)发射相互正交的波形，回波信号为所有信号的延迟和；在接收端，用匹配滤波器组来分离回波信号中的各发射分量，然后通过DBF技术形成接收波束和等效的发射波束。这种基于正交信号体制的MIMO雷达技术可提高雷达的抗截获性能，改善目标分辨能力和弱目标检测性能，提高雷达的空间搜索效率等。 本文针对正交信号MIMO雷达中的数字波束形成和信号处理技术，以及MIMO雷达性能分析等开展研究，主要内容包括以下几点： 1．从数字波束形成和自适应处理的基本原理出发，研究了自适应DBF处理的经典算法(SMI)及对角加载技术。重点研究了自适应数字波束形成在大型阵列系统中的应用问题，详细讨论了控制自适应波束副瓣高度的技术途径和解决方法。所讨论的技术，既适用于传统相控阵，也适用于MIMO雷达中的接收波束形成。 2．研究了正交信号MIMO雷达的基本原理，从收发信号模型出发，详细推导了MIMO雷达的接收信号处理流程和基本处理方法。在此基础上，分析和讨论了MIMO雷达和传统相控阵雷达的信噪比问题。从理论上证明了两种雷达模式信噪比的差异，并分析了信号形式对信噪比的影响。 3．从接收信号的动态范围分析出发，研究了正交信号MIMO雷达在强杂波中检测弱目标的能力。由于控制MIMO雷达的杂波峰值功率是改善其动态范围及弱目标检测性能的有效途径，针对正交LFM信号，研究了利用随机相位来降低MIMO雷达空间合成信号峰值功率的方法。随机相位的产生由遗传算法优化得到。通过对接收机的限幅仿真，验证了MIMO雷达在弱目标检测方面的性能优势。同时，对MIMO雷达的距离分辨、低速目标检测等其它性能也进行了分析和讨论，以说明MIMO雷达相对于传统相控阵在这些性能上的改善。 4．对雷达系统中长时间积累情况下，运动目标的包络移动问题进行了研究。从运动目标回波信号的特性分析出发，针对常规雷达，提出了基于频域匹配权移位控制的包络移动补偿算法；针对正交信号MIMO雷达，提出了一种利用信号的“距离-方向”耦合特性来进行移动补偿的算法。新提出的算法将包络移动补偿与信号的固有处理(匹配滤波或波束形成)相结合，大大降低了用于补偿处理的附加运算量，是实用的低复杂度处理算法。 5．设计并构建了完整的正交信号MIMO雷达系统仿真平台，用于分析和验证MIMO雷达相对于传统相控阵的性能优势及部分处理算法的可实现性。在此基础上，进行了大量的仿真实验。