近年来，MIMO雷达受到广泛关注，可以将这种新体制雷达技术应用到高频雷达中。高频雷达具有超视距探测功能，但是其工作频段频谱资源非常有限，很难拥有连续的宽频谱资源，而多载频技术可以将这些分散的频率资源利用起来。本文从波束形成方面，对多载频MIMO高频雷达进行了研究，主要工作内容包括：1、在阵列信号模型的基础上，阐述了多载频信号的基本原理，并建立了多载频阵列信号模型，详细分析了多频体制下虚拟阵列的产生机理，由此推导出多载频MIMO雷达的常规波束形成算法，并通过实验仿真讨论了不同频率组合对多载频信号波束形成性能的影响。2、针对于最优频率组合的确定问题，提出采用粒子群算法来进行固定虚拟孔径下最优频率的选取，可以在保持主瓣分辨率不变的前提下，选取使旁瓣性能最优的载频组合；针对于频率组合元素为基准频率整数倍的情况，利用枚举法在虚拟线阵中抽取阵元组成旁瓣性能最优的稀疏阵列，并给此模式下接收阵列的排布形式及各个阵元接收信号的分配安排，在获得最佳旁瓣性能的同时，降低了接收系统的复杂度；最后，针对于频率间隔较大时常规波束形成旁瓣较高的问题，采用凸优化理论求得最优权值，在保持主瓣分辨率的条件下，优化旁瓣性能。3、分析了回波中不同频率信号幅相特性不一致对波束形成性能的影响，阐述了稳健的波束形成的必要性。详细分析了Capon波束形成算法及其性质，并且阐述了稳健的Capon算法和双约束的稳健Capon算法原理。通过仿真实验得到，多载频信号下，稳健的Capon算法在输入信噪比较低时具有良好的输出信干噪比，并且对角度误差和采样快拍数不敏感，具有一定的稳健性。最后，针对于未知误差和密集干扰问题，提出了扩展的RAB-SDP-WC算法，这种稳健算法在保持指定方位区域的增益不衰减的前提下，使最差情况时的输出功率最小，可以在密集干扰区域形成凹陷，并且保持良好的旁瓣性能。仿真结果表明，相比于R-SOCP算法，所提算法具有更好的干扰抑制能力和旁瓣性能。