信号的多路径传播是雷达低空目标探测面临的主要问题之一，近年来军事战场上巡航导弹等低空突防武器越来越多，给雷达探测带来严峻挑战。雷达探测低空高速目标时，因杂波和多径效应的存在，使目标更加难以发现。所以在强杂波的环境下，对雷达低空目标探测问题的研究具有重大的意义。针对上述问题，采用多输入多输出(MIMO)雷达技术和正交频分复用(OFDM)技术可以获得频率分集增益和空间分集增益，因此将这两种技术结合起来，即采用多输入多输出-正交频分复用(OFDM-MIMO)雷达可以同时获得上述两种增益，从而抑制多径效应带来的信号起伏，使低空目标检测性能趋于稳定。本文围绕这一技术做了以下工作：1、通过地基雷达低空目标信号传播的几何模型，对信号多径传播给雷达检测性能带来的影响进行了分析，主要包括对回波幅度、功率以及检测概率的影响。2、针对低空超低空目标探测问题，采用OFDM-MIMO体制雷达抑制多径，并在此基础上采用了双门限的检测方法进一步提升低空目标检测性能。计算机仿真结果证明了采用双门限检测的OFDM-MIMO雷达在低空超低空目标检测性能上的优越性。3、研究了基于OFDM-MIMO雷达的波形优化方法。采用基于频率分集的MIMO雷达波形优化方法，在统计特性已知的噪声与杂波环境下改善低空探测性能。通过对最优发射波形与接收滤波器进行联合求解，得到最大化的信杂噪比。最后对该算法进行计算机仿真，结果验证了该算法的有效性。