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多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）技术已在第四代和第五代移动通信中广泛应用[1]。由于雷达和通信系统的相似性,Bliss和Forsythe等人将MIMO技术引入雷达领域,提出MIMO雷达的概念。随着战场环境日益复杂,隐身战机技术和干扰作战技术日益成熟,因此抗隐身和抗干扰成为衡量雷达性能的关键指标。相比于相控阵雷达,MIMO雷达具有更高的目标探测精度,更准确的目标参数识别,更好的抗隐身性能和更强的抗干扰能力等。MIMO雷达通常可分为两类:一类是集中式MIMO雷达,与传统的相控阵雷达相似,是相控阵雷达在多天线领域的扩展;另一类是分布式MIMO雷达,其最显著的特点是收发天线在空间上充分分置,从而利用空间分集提高对目标的检测性能,能有效对抗目标RCS闪烁,提高抗隐身性能。而不论是集中式MIMO雷达还是分布式MIMO雷达,正交波形设计都是MIMO雷达研究的重要领域。本文主要研究MIMO雷达系统的正交波形设计以及优化,主要工作如下:介绍MIMO雷达的研究背景和意义,并说明MIMO雷达的国内外研究现状。在研究和分析MIMO雷达的基本原理和特点的基础上,总结了常见的MIMO雷达波形优化准则和优化方法,探讨了MIMO雷达信号处理流程中的匹配滤波和数字波束成形技术,建立了分布式和集中式MIMO雷达信号模型。研究极化相位编码正交波形的设计方案。本文将极化信息和相位编码信息相结合来构造正交波形,利用相位编码的思想,将极化特性引入正交波形设计。首先优化离散相位编码序列,并分析相位编码相位数和编码长度对峰值旁瓣电平和互相关峰值电平的影响;然后阐述极化相位编码波形设计的信号处理流程;最后仿真分析符号信噪比对单发单收场景下极化相位编码波形的影响以及多发多收场景下的极化相位编码波形。在分析线性调频（Linear Frequency Modulation,LFM）信号载频和脉冲持续时间对相关特性影响的基础上,本文提出了慢时间编码分段线性调频（Slow Time Coding Piecewise Linear Frequency Modulation,STCPLFM）波形设计方案。该波形由多个脉冲组成,单个脉冲由三段持续时间不同的LFM信号组成,基于极小化最大互相关峰值电平准则利用遗传算法来优化互相关特性,从而构造出性能良好的正交波形集。然后分析带宽、分段带宽以及波形长度对正交波形集的自相关和互相关特性的影响以及分段带宽与带宽比对主瓣宽度的影响。最后仿真验证了单、多目标下的距离和速度识别性能和单目标下的空间频率分辨性能,仿真结果表明该波形具有良好的距离和速度识别性能。研究正交频分非线性调频（Orthogonal Frequency Division Non-Linear Frequency Modulation,OFD-NLFM）信号设计。首先介绍相位逗留原理和基于窗函数的NLFM信号设计;在此基础上提出基于相位迭代算法和失配滤波器迭代算法的NLFM信号设计方法,并给出仿真分析;最后提出正交频分NLFM信号模型,并利用优化后的NLFM信号构造正交频分NLFM信号集,仿真结果表明该信号集具有良好的正交特性。