MIMO雷达具有系统自由度高、抗截获能力强、多普勒分辨率好、弱目标检测能力突出等诸多优点,正交波形设计作为MIMO雷达领域的重要课题,受到了研究人员的广泛关注。MIMO正交波形性能通常体现在主副瓣比、正交性、主瓣宽度等几个方面。其中,主副瓣比越高系统对弱目标的检测能力就越强,正交性影响着匹配滤波对信号的恢复效果,主瓣宽度则体现了雷达系统的距离分辨率。本文围绕正交相位编码波形设计和正交频分非线性调频信号设计展开研究,针对现有GA-SQP算法粒度粗、收敛速度慢的问题,细化个体片段交叉操作和变异操作,改善了算法收敛效率;针对现有NLFM信号设计方法步骤繁琐、计算量大的问题,改进了一种具有显式频率函数的OFDM-NLFM信号设计方法,在保证性能的前提下,大大简化了设计步骤。本文具体内容安排如下:第一部分主要对MIMO雷达的信号收发模型及信号处理流程做简单介绍。总结了MIMO雷达的诸多优点,随后分析了MIMO雷达信号处理次序对资源消耗和系统构成的影响,最后给出模糊函数的定义并对其四条主要性质做了简单证明;第二部分围绕正交相位编码波形设计展开研究。首先介绍了正交相位编码波形的信号模型、性能衡量指标及常用优化准则,简述了常见波形设计方法的步骤。GA-SQP算法兼具全局搜索能力和局部寻优能力,本文改进了原有GA-SQP算法的交叉和变异操作,将位点选取的对象从个体变为染色体,优化了算法的收敛效率。随后,为进一步降低旁瓣水平,采用联合失配滤波器设计的波形优化方法,牺牲部分信噪比换取波形性能的提升。此外,对比分析了信号数、码长、相似性约束、失配滤波器长度变化对主副瓣比的影响,为选取适当的波形设计参数提供了依据;第三部分主要研究了OFDM-NLFM信号设计方法。首先介绍了基于驻定相位原理的NLFM信号设计方法,对所设计NLFM信号的各项性能指标进行分析;结合OFDM技术完成OFDM-NLFM信号设计并验证了信号的正交性;随后采用基于组合窗函数的NLFM信号形式,通过调节参数实现了主瓣宽度和主副瓣比之间的权衡;考虑到基于驻定相位原理的设计方法存在误差不可避免、计算复杂以及显式频率函数缺失等问题,改进了一种形式简洁且参数可调的OFDM-NLFM信号设计方法,仿真表明信号对多普勒不敏感,且具有良好的正交性和较高的主副瓣比。最后,为进一步提高工程实现的可行性,采用分段LFM近似和离散化处理两种方案对所设计信号进行简化,简化后信号旁瓣仍能保持在较低水平。