多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷达是一种新体制雷达。MIMO雷达能同时合成发射-接收波束以获得更高的测角精度;其次,MIMO雷达在正交模式下的全向波束和部分相关模式下的多波束都有较长的驻留时间,脉冲数多,利于低速目标检测。波形优化是MIMO雷达一种独特的能力,它使发射能量在空间均匀分配或者集中在感兴趣的角度范围内,甚至可以在某些方向上不发射能量,做到发射置零,发射波束图设计的灵活性使MIMO雷达能够适应复杂多变的环境,合理利用发射资源。本文主要对MIMO雷达的波形设计问题展开研究,具体内容如下:本文先建立了MIMO雷达线阵模型,在此基础上对MIMO雷达发射-接收原理和两种信号处理路径进行了介绍。接着引入了雷达发射方向图、空域合成相关函数、多普勒容忍性等相关概念,它们对MIMO雷达波形设计具有指导作用。接着研究了正交相位编码信号波形和正交线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号波形的设计方法,对它们的空域合成自相关函数和多普勒容忍性进行了对比,并分别给出了两种正交波形的实际工程应用。进一步研究了相位编码信号部分相关波形和LFM信号部分相关波形,相位编码信号波形设计使用分步法,分别用半正定规划(Semi-Definite Quadratic Programming,SQP)和基波束的方法优化出发射波形的协方差矩阵,对这两种方法的运算量和所得协方差矩阵的方向图匹配程度进行对比。然后分别使用循环算法(Cyclic algorithm,CA)和序列二次规划两种方法设计发射波形并比较其性能。在LFM信号方面,通过分析LFM信号的发射方向图,得到影响其发射方向图的因素,针对部分相关LFM信号空域合成自相关函数主响应展宽的问题,提出了一种新方法,与现有方法相比,该方法空域合成自相关函数主响应窄。最后,本文研究了MIMO雷达置零波形设计问题,先回顾了一种相位编码信号置零波形的设计方法,然后提出了一种LFM信号置零波形设计的方法,该方法以置零约束为准则,对LFM信号的频率间隔和初始相位进行了优化,所设计的波形具有较理想的置零效果和脉压性能。