受通信领域多输入多输出形式的天线阵列技术的启发,一种新的雷达体制——多输入多输出阵列雷达出现,同时因其较高的工作效率成为雷达领域的研究热点。多输入多输出阵列雷达系统形式多样,广义上来看只要满足多通道输入与输出的设计理念都可以看作多输入多输出雷达系统。近年来采用“时分复用”思想的开关切换的多输入多输出阵列雷达因其技术实现相对简单、成本低以及空间数据采样能力强等优点被广泛研究。本文研究设计了一种新型超宽带Vivaldi天线,用于组建时分的多输入多输出阵列雷达,并综合超宽带及步进频连续波信号的优势,提高雷达天线的利用率,优化系统的穿透能力及探测分辨率,在探空与穿墙成像的研究中获得了良好的实验结果。其中穿墙探测成像的研究对人质解救、安检以及地质灾害救援等应用领域具有重要意义。本文主要工作内容总结如下:首先,在参与工程地球物理实验室多输入多输出雷达技术合作研究的背景下,通过开缝小型化技术设计了一种新型超宽带Vivaldi天线来改善雷达阵列的穿透能力和分辨率,考虑了天线的低频特性与尺寸小型化的平衡优化,满足多输入多输出阵列雷达系统的便携性和高分辨成像等要求。天线的结构尺寸为250mm×200mm×1.6mm,S11小于-10dB的可工作频带为0.5-2.5GHz。其次,详细研究了多输入多输出阵列雷达的工作原理。利用矢量网络分析仪作为雷达系统的信号发射机,提供步进频信号;小型砷化镓射频开关切换收发天线,提高系统可操控性和数据采集速度。为后续雷达的穿墙成像算法研究提供了支撑。然后,围绕穿墙成像中的墙体杂波抑制进行成像研究与实验。综合利用后向投影算法协同加窗函数(Hamming窗)滤波和时间门(Time Gating)等方法进行二维穿墙实验成像,抑制墙体反射杂波,优化成像效果,实现了对金属二面角和人体目标高分辨率二维穿墙成像。同时实验结果也直接验证了设计的Vivaldi天线的实际工作效果,设计的Vivaldi天线可以协助雷达系统获得良好的分辨率与穿透能力。最后,将有限差分逆时偏移算法应用于系统穿墙成像,分为预处理、墙体参数反演、目标粗定位及逆时偏移成像四个步骤,发现逆时偏移算法适用于正演的穿墙单目标成像,为后续穿墙成像算法的改进及成像精度的提高打下了基础。综合来看,本文设计的天线所构建的阵列雷达系统以及研究的成像方法在多输入多输出阵列雷达探测成像中获得了成功的应用。