受多输入多输出(MIMO)通信和综合脉冲孔径雷达(SIAR)的启发,MIMO雷达得到了雷达界的广泛关注和研究。作为一种新体制雷达,其每个天线可以发射任意波形,将空间分集和波形分集的思想引入到雷达中。这使得MIMO雷达具有良好的干扰抵消能力和改善的参数识别能力,可以进行复杂的发射波束形成,可以改善杂波背景中探测低速目标和弱目标的能力,并在低截获以及目标识别等方面比传统雷达有明显优势。本文主要围绕MIMO雷达波形设计和信号处理算法展开相关研究,主要包括以下内容：[1]研究了MIMO雷达中发射波形集设计问题。针对离散频率编码波形(DFCW),分析了其模糊函数的特点。对于满码集DFCW,分析得知其距离自相关函数旁瓣峰值近似为固定值,因此可以在优化设计中只考虑互相关函数项而不考虑自相关函数项,在此基础上提出了低复杂度的优化设计方法；对于非满码集,分析得知其距离自相关函数旁瓣峰值可以低于满码集,在此基础上提出了基于最小最大准则的优化设计方法,实现了具有更好相关性能的波形集设计,并结合速度距离分辨率对两种码集进行了分析。将正交频分复用(OFDM)调制方式引入MIMO雷达中,研究了OFDM编码信号集的优化设计方法。[2]研究了收发共置MIMO雷达接收波束形成技术,从数学角度分析了标准线性阵MIMO雷达阵列排布与波束方向图的关系,针对高旁瓣问题,研究采用基于带零点调向的最小二乘方向图合成方法进行抑制。针对MIMO雷达接收端可以形成虚拟孔径的特点,将传统的常规波束形成和最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成方法推广应用到MIMO雷达中,并与其在传统相控阵雷达下的性能进行了分析比较。针对采样矩阵求逆法(SMI)波束形成器的稳健性,研究了MIMO雷达体制下对角加载技术的应用。[3]研究了收发共置MIMO雷达发射波束形成技术。MIMO雷达在发射信号选择上的灵活性使其可以进行复杂的发射波束方向图合成,其方法主要是通过改变发射信号之间的互相关性来进行不同形状的发射波束方向图设计。基于发射信号互相关矩阵设计的思想,研究了在最小二乘和最小最大准则下发射波束形成的设计方法,分别基于梯度搜索法和遗传算法建立优化模型。针对发射方向图波形设计问题,提出基于已知互相关矩阵和期望方向图两种波形设计方法。[4]针对MIMO雷达接收端信号分离问题,研究了匹配滤波方法和非匹配滤波方法的应用。针对基于匹配滤波器进行信号分离的方法得到的主旁瓣比较差的特点,引入基于复合滤波进行信号分离的方法和基于MMSE准则进行信号分离的方法进行改进。两种方法均实现了对分离输出信号主旁瓣比的改善。基于复合滤波进行信号分离的方法可以调整脉冲压缩后的信号主瓣宽度,有利于提高分辨率,但其信噪比损失较大；基于MMSE准则的方法信噪比损失较小,且对多普勒有较好的适应性。