雷达系统的探测性能一定程度上取决于雷达发射波形。传统雷达在发射机端发射固定参数形式的电磁波信号对目标及环境进行照射,在接收机端采用复杂的信号处理算法来实现雷达探测性能。然而,在目标所处的真实环境中,复杂地形和电磁环境存在不同程度的时变效应,传统雷达发射的固化参数波形及其信号处理系统中建立的单一环境模型难以适应复杂的时变环境,如何根据时变环境和目标先验信息自适应调整发射波形得到最优发射信号,并使雷达回波观测数据携带的目标信息最大化对提高雷达系统的探测性能具有重要意义。雷达面临的时变环境容易引起目标姿态角变化从而导致其RCS的随机起伏,本文针对RCS随机变化的随机目标自适应发射波形设计方法进行了深入研究,具体内容如下:研究了信息论相关理论,包括自信息、信源熵、互信息与不确定度的关系;分析了雷达系统输出信杂噪比、雷达回波接收数据与目标参数特性间的互信息对雷达系统探测性能的影响;建立了有限能量有限时间的随机目标模型,引入功率谱方差/能量谱方差概念代替功率谱密度/能量谱密度描述随机目标特性。针对能量有限、时间有限的随机目标模型,在给定发射信号能量条件下,基于最大化系统输出端信杂噪比准则,研究最优检测波形设计;在杂波和噪声环境下,通过拉格朗日乘子技术或最大边缘分配算法求解得到的最优发射信号能量谱;仿真分析了最大边缘分配算法中最小能量分配单元这一参数对算法性能的影响,并仿真对比分析拉格朗日乘子技术和最大边缘分配算法在求解基于信杂噪比准则设计的最优波形能量谱的优劣。针对能量有限、时间有限的随机目标模型,在给定发射信号能量条件下,基于最大化系统输出与目标参数特性间互信息准则,研究最优估计波形设计;在杂波和噪声环境下,通过拉格朗日乘子技术或最大边缘分配算法求解得到的最优发射信号能量谱;仿真分析最大边缘分配算法中最小能量分配单元这一参数对该算法性能的影响,并仿真对比分析拉格朗日乘子技术和最大边缘分配算法在求解基于互信息准则设计的最优波形能量谱的优劣;同时,针对同一随机目标,利用同一求解技术仿真对比分析基于信杂噪比和基于互信息准则设计的最优波形能量谱。针对基于信杂噪比和基于互信息准则求得的最优发射信号能量谱,利用横幅最小二乘误差迭代法,将发射信号能量谱合成发射信号时域波形;为便于工程应用,对合成的时域波形相位进行均匀量化得到调相波形;从模糊函数、峰值旁瓣比、多普勒容限三个波形性能指标验证合成调相波形相比于传统线性调频波形、m序列波形的性能。