多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）雷达采用发射分集技术,可以有效实现系统自由度的扩展,其灵活可控的工作模式能够适应复杂多变的工作环境。新体制发射分集MIMO雷达成为近些年来热门的雷达系统之一,通过引入频率偏移量或时间偏移量,进一步扩展发射自由度,实现多维域性能提升,为现有MIMO雷达发射方向图设计,复杂度高,多普勒容忍性较差等问题提供了新的解决途径。论文围绕两类典型的新体制发射分集MIMO雷达,设计发射方向图和接收信号处理方法,针对相干频率分集阵（Frequency Diverse Array,FDA）新体制雷达,在发射方向图,发射阵列构型和接收滤波器等方面进行优化,实现简单灵活的方向图设计,并提升其距离分辨率和波束形成性能;针对空时编码阵新体制雷达,在进一步完善理论分析的基础之上,设计接收信号处理方法,解决超分辨空间谱估计问题。本文主要工作概括如下:1.针对相干MIMO雷达发射方向图设计,运算较为复杂,恒模特性难以保证这一问题,提出了基于相干FDA的发射方向图优化方法。通过相干FDA频率-角度联合分析,发现发射频率与空间主瓣间存在线性关系。利用这一特性设计分段线性调频信号,包括发射端的信号设计和接收端的信号处理步骤。通过频谱规划,跳过副瓣区域对应的频带,实现预期的能量分配。本章所提算法与传统相干MIMO雷达中通过正交波形组设计实现方向图优化的算法相比,将方向图综合问题简化为相干FDA中单一波形的频率选择问题,算法复杂度大大降低。此外,在单一波形发射的模式下,恒模约束条件自然满足。2.针对现有相干FDA匹配滤波器波束形成性能较差,及传统自适应波束形成算法难以利用的问题,设计一种新体制空时匹配滤波器,通过约束期望目标方向和杂波方向上的增益控制输出信噪比,使方向图在在特定方向形成凹口。将匹配滤波器优化问题通过离散化等数学操作,构建为二次约束二次规划问题。进一步通过松弛二次约束,将优化问题转化为二阶锥规划,并利用凸优化工具箱,有效求解最优滤波器系数。此外,设计混合编码的发射方案,将其作为发射分集技术的延伸,通过将时变的时域波形和时不变的空域波形相结合,有效提升相干FDA的距离分辨率。3.针对相干FDA全空域覆盖的发射方向图,以距离分辨率降低为代价这一问题,提出一种基于发射子阵划分的方法,有效提高距离分辨率。根据建立的相干脉冲FDA信号模型,定量分析距离分辨率与频率偏移量之间的线性关系。根据这一关系,将发射阵列分成多个子阵,包括均匀非重叠子阵,均匀重叠子阵,非均匀子阵三种划分方式。子阵间发射信号频率引入线性频移,子阵内各阵元发射相同的信号。通过多维模糊函数推导,进一步分析角度-角度模糊函数剖面图,研究子阵划分方法的角度分辨率以及空域覆盖能力;分析距离-角度模糊函数剖面图,研究距离分辨率和距离副瓣性能。与现有方法相比,本章所提方法能有效提高距离分辨率并且降低距离副瓣电平。4.针对空时编码阵,通过在相邻阵元间引入时间延迟,实现全向空域覆盖这一新体制雷达体制,本章提出两种超分辨空间谱估计方法。首先提出波束域MUSIC算法,设计相应的波束域搜索导向矢量,实现空时编码阵等效发射端的空间谱估计。针对同一距离多普勒单元的多个目标信号之间,具有相干源特征,不能直接估计角度的这一问题,设计波束域至阵元域的变换矩阵,恢复阵元之间的旋转不变性,通过空间平滑算法进行空间谱估计。通过推导空时编码阵角度估计的克拉美罗界,并结合均方根误差和分辨率分析,所提的两种算法可以分别在波束域及阵元域,在低信噪比和小快拍数的情况下准确估计目标角度。