多输入多输出(MIMO)雷达可以在发射端使用多个天线同时发射不同的波形并在接收端采用多个天线同时接收回波信号,因此,相较于传统雷达系统,其目标检测和估计性能更优越。在MIMO雷达系统中,目标检测和角度估计是实现后续目标定位和识别等操作的基础,具有重要的研究意义。针对改善检测和估计性能的问题,国内外学者已经对其进行了深入研究,并提出了很多思路和算法,但仍存在一定的缺陷需要克服:(1)当信噪比较低时,传统的目标检测和估计性能明显下降;(2)当实际环境中存在快拍数较小甚至单快拍情况时,样本协方差矩阵将不能再代替统计协方差矩阵。另外,传统方法是在欧几里得空间中进行处理,并不能充分利用信号矩阵和噪声矩阵的相关信息,也会影响算法性能。所以,本文根据厄米特正定矩阵会在空间中形成黎曼流形的特点,以黎曼流形、burg递推法为工具,对单基地MIMO雷达的目标检测和收发角估计问题进行了较深入的研究,提高目标检测和估计性能。本文的创新性工作如下:针对低信噪比时检测性能较差的问题,提出一种基于黎曼流形的单基地MIMO雷达目标检测方法。该方法根据三种不同的黎曼均值定义,分别计算噪声协方差矩阵的估计值,将其与接收信号协方差矩阵之间的黎曼距离作为检测统计量,并根据虚警概率以及噪声的统计分布推导出判决阈值。仿真结果表明,该算法可以有效提高目标的检测性能。针对实际环境中存在单快拍的情况,提出一种基于burg递推和黎曼流形的单基地MIMO雷达目标检测方法。该方法通过burg递推法生成单快拍下接收信号的拓普利兹-厄米特正定(THPD)协方差矩阵,并计算噪声协方差矩阵的黎曼均值,再将二者之间的黎曼距离作为检测统计量。与基于欧几里得距离的检测方法相比,显著提高了低信噪比和单快拍下的目标检测性能。由于传统基于MUSIC的收发角估计算法存在一定的局限性,在信噪比较低以及快拍数较少时不能对目标进行有效的估计,本文提出一种基于burg递推和黎曼流形的单基地MIMO雷达目标收发角估计方法。该方法首先求出接收信号THPD协方差矩阵的黎曼均值,再利用发射-接收联合导向矢量生成导向协方差矩阵,并利用二者之间的黎曼距离构造谱峰搜索函数,从而可实现低信噪比和少快拍下的MIMO雷达目标收发角估计。