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近年来,多输入多输出(MIMO)雷达受到国内外科研人员的广泛关注。这种新体制雷达能够在时域、频域、空域、码域获取更加丰富的目标和环境信息,尤其是MIMO雷达的空间分集和信号分集特性在提高雷达的检测与参数估计性能等方面具有很大的优越性,能够突破传统雷达的性能限制。论文围绕MIMO雷达空间分集与信号分集特性,针对目标分辨与定位问题提出了MIMO雷达DOA估计的新算法,利用MIMO雷达实验系统的实验数据验证了新算法的有效性。(1)以密布阵为基础,研究信号分集DOA估计的性能改善。首先,提出了一种基于空间卷积理论的MIMO阵列设计方法,着重分析了收发共用的阵列设计。然后,利用信号分集可以提高DOA估计性能的原理,提出了一种虚拟子阵平滑算法解相干,相比传统前后向空间平滑算法不减少物理阵列孔径。最后提出了一种基于信号分集技术进行二维DOA估计的算法,将L型阵等效为平面阵进行DOA估计,大大改善了L型阵DOA估计性能。理论分析和仿真实验证明了所提出算法的有效性。(2)以发射阵列分布阵和接收阵列密布阵为基础,研究空间分集DOA估计的性能改善。提出了一种虚拟子阵积累算法实现发射分集MIMO雷达的DOA估计,在抑制目标闪烁的同时实现了MIMO雷达多目标波达方向超分辨估计。分析了DOA估计的旁瓣一致现象,利用旁瓣不变原理提出了一种谱值优选DOA估计算法,将每一个虚拟子阵对同一目标的最优DOA估计提取出来。提出了一种子阵合并估计算法利用信号增强及能量积累提高MIMO雷达DOA估计的稳健性。最后提出了一种子阵估计优选算法进行发射分集DOA估计,并扩展到二维定位中。通过实测数据证实了所提出算法的有效性。(3)结合MIMO雷达的空间分集与信号分集特性,以分布阵和分布式子阵为基础,研究利用DOA估计理论解决MIMO雷达的目标数检测与定位问题。首先提出了一种近场MIMO雷达目标分辨模型与算法,解决了理想目标的MIMO雷达近场多目标分辨问题。然后提出了一种利用特殊布阵的DOA估计算法,将空间分集和扩展孔径提高自由度的特点很好的结合在一起。最后基于分布式子阵MIMO雷达的信号模型,提出了一种广义Pisarenko算法进行分布式子阵MIMO雷达的目标数检测与二维定位。(4)设计了一套MIMO雷达实验系统,开展了实孔径阵列和MIMO等效虚拟阵列外场实验,通过对比和分析实验结果表明,与实孔径阵列相比,MIMO雷达阵列孔径得到了扩展,DOA估计的分辨力得到了提高。