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多输入多输出(MIMO)系统利用空间分布的多个发射天线和多个接收天线获得空间分集增益,从而用来对抗信道衰弱。天波超视距(OTH)雷达利用电离层折射探测目标,具有超远距离目标探测和信息获取的能力,具有重大的战略意义,本文针对采用MIMO技术的OTH雷达(MIMO-OTH雷达),研究复杂环境中MIMO-OTH雷达目标检测的分集增益,分析雷达系统参数配置、多径传播等因素对MIMO-OTH雷达系统目标检测性能的影响。通过分析OTH雷达的工作模式和OTH雷达信号在电离层中的传播特点,构建同时具有MIMO雷达以及OTH雷达特性的MIMO-OTH雷达回波信号模型,该信号模型不仅体现雷达信号在复杂电离层环境中的传播特性,还能体现多径传播现象,在有加性复高斯白噪声和杂波的情况下,根据上述MIMO-OTH雷达回波信号模型,利用尼曼-皮尔逊(NP)准则得到高斯检测器。本文研究了NP准则下MIMO-OTH雷达最佳检测器的漏检概率,同时推导了MIMO-OTH雷达目标检测的分集增益,并以分集增益为评价指标分析了影响MIMO-OTH雷达检测性能的主要因素。雷达信号经过电离层传播后照射到目标,并在目标上反射后再次经过电离层传播回到雷达接收端,因此在本文所构建的信号模型中存在两次电离层传播和一次目标反射过程,其中电离层传播损耗系数和目标反射系数有可能是确定未知量或者复高斯随机变量,使得总的信道增益表现为复高斯、复双高斯或复三高斯等随机变量。本文将分别计算在复双高斯信道环境下和复三高斯信道环境下MIMO-OTH雷达目标检测的分集增益。对于一个由M个发射天线和N个接收天线所构成的MIMO-OTH雷达,若第m个发射天线发射的探测信号通过mQ条传播路径照射到目标,经目标反射后通过mnH条传播路径被第n个接收天线接收到,本文证明在复高斯或复三高斯信道环境中,雷达系统目标检测能够获得的最大分集增益d满足1 1min{, }N M n m mn md NM H Q= =￡ ? ? 。研究表明MIMO-OTH雷达目标检测的分集增益小于等于雷达收发端天线个数的乘积与总传播路径条数的最小值。增加天线个数或者多径条数均可以增大分集增益,有利于雷达提高检测性能,本文的分析不仅表明天波MIMO-OTH雷达较传统OTH雷达具有更好的检测性能,并且为合理设计MIMO-OTH雷达的系统参数以提高目标检测性能提供了理论参考。本文最后分别对两种复杂环境下MIMO-OTH雷达目标检测的进行数值仿真,展现了不同场景下MIMO-OTH雷达目标检测的漏检概率情况,同时分析对比了不同雷达参数、不同信道环境以及不同传播路径条数对雷达目标检测性能的影响。