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共置多输入多输出(MIMO)雷达通过多天线发射不同波形,并利用多天线接收回波以实现目标探测。相比传统相控阵雷达,共置MIMO雷达因其波形分集优势,在发射和处理端拥有更多的自由度,从而在目标检测、参数估计和抗干扰等方面具备优越的性能,已成为当前雷达领域研究的国际前沿与热点。MIMO雷达多样性波形设计是MIMO雷达系统的关键技术之一,旨在不同任务、环境和资源约束等条件下,依据目标检测、参数估计或抗干扰等性能准则,通过借鉴约束优化理论设计MIMO雷达波形,提升探测性能。大量军民电子设备的使用与复杂非均匀时变的地理环境,使得传统雷达探测环境日趋复杂,严重影响了微弱目标的探测性能。因此,如何在电磁频谱兼容与地理杂波等复杂电磁环境下通过设计MIMO雷达波形,提升探测性能,是一项具有重要意义与挑战性的课题。对此,本文针对频谱兼容或杂波环境下的MIMO雷达波形设计问题,开展了理论和方法研究,取得的主要创新点如下:1、针对窄带MIMO雷达发射波束赋形问题,提出了基于坐标下降(CD)的波形设计算法,通过增加波形相似性约束,有效兼顾了波束性能与波形模糊函数性能;提出了基于序列交替方向乘子(SADMM)的波形设计算法,通过增加波形频谱约束,可折中MIMO雷达波束性能与频谱兼容能力。2、针对宽带MIMO雷达发射波束赋形问题,提出了基于内嵌迭代优化(NIOA)与内嵌序列交替方向乘子(NSADMM)的波形设计算法,通过最小化发射波束模板匹配误差与空-频阻带能量的加权和,有效平衡了MIMO雷达波束性能与频谱兼容能力之间的矛盾。3、针对杂波下MIMO雷达目标稳健检测问题,提出了基于坐标下降的丁克尔巴赫(DA-CD)与CD的波形设计算法,在波形相似性约束下,通过最大化最坏(worst-case)输出信干噪比(SINR),提高了信号相关杂波知识不准确下目标检测性能,同时还能兼顾脉冲压缩特性。4、针对杂波下MIMO雷达动目标检测问题,提出了基于块坐标下降(BCD)与序列贪婪优化(SGO)的波形与接收滤波器联合设计算法,在波形相似性约束下,通过最大化输出SINR,有效增强了距离模糊杂波背景下的慢速目标检测性能的同时,还具备良好的波形模糊函数特性。5、针对杂波下MIMO雷达多目标检测问题,提出了基于内嵌迭代凸增强(NICE)与内嵌修正迭代凸增强(NMICE)的波形与接收滤波器组联合设计算法,在波形频谱约束下,通过最大化最坏输出SINR,有效改善了信号相关杂波下的多目标检测性能,保证了MIMO雷达与其它电子系统频谱的共存。以上算法的理论性能、收敛性和计算复杂度已通过理论分析与仿真验证。结果表明,本文建立的模型和提出的方法,能够有效实现对复杂电磁环境下MIMO雷达的发射波束、电磁兼容、目标检测和波形模糊函数等性能的控制。