多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）雷达具有高度灵活的工作模式和系统优化自由度,在面对日益复杂的雷达工作环境和目标检测问题时,表现出更强的适应性和更高的抗干扰能力,其信号设计与探测研究是近年来倍受关注的热点问题。对于MIMO雷达信号设计,除了需要保证大时宽带宽积,距离分辨率足够,调制简单等性能,还需兼顾信号间的正交性能和多信号联合解算性能。而对于MIMO雷达信号探测方案研究,往往需要完成多通道探测及多信息的处理与解算,这使得基于MIMO雷达诸如波形分集,频率分集,目标空间分集等分集探测的理论模型和处理方法的建立具有十分重要的意义。论文围绕MIMO雷达信号分集设计与探测,针对收发信号联合处理设计,正交波形设计和无源多发收探测的模型建立及处理识别等方面展开研究,论文的主要工作可分为以下几个方面:1.基于MIMO雷达多信息探测的分集优势特点,本文提出两种探测场景下基于MIMO雷达的多信息获取与联合解算的方案。在大速度和远距离目标探测场景中,方案1结合中频脉冲重复频率（Pulse Repetition Frequency,PRF）的优势,提出通过发射多个不同PRF的正交信号来获取目标在不同PRF下的模糊距离和模糊速度信息的方法,并通过中国余数,Screen等方法来解算真实速度和距离。仿真表明所提方案相较于传统探测方式提升了模糊距离和模糊速度探测的效率。方案2通过合成多个小带宽信号,设计它们的时段,频段及接收处的时域合成处理算法,来优化设计信号。仿真表明设计方案得到的合成信号在分辨性能和相关性能上都有一定的提升,且分不同频段子信号收发的合成方式有利于克服频率选择性衰落,有利于增强隐蔽性。2.针对传统正交频率分集调制（Orthogonal Frequency Diverse Modulation,OFDM）信号的高相关性旁瓣水平问题,本文提出两种相关性优化的设计方案。方案一基于OFDM信号自相关信号公式结构分析及发射结构设计,提出通过分段发射,设计子段内调频率及设计信号之间子段间隔来抑制多信号探测的相关性的方法。方法首先通过改变信号子段的调频率来抑制信号子段的自相关水平,改变信号子段的发射间隔来削弱信号子段互相关水平。接着,通过设定信号间的调频率间隔来降低信号互相关水平。最后,方法将子段编码序列进行优化来进一步降低相关性。仿真结果表明,设计信号继承了传统OFDM信号良好的多普勒容忍性,在自相关主瓣宽度和旁瓣水平上较传统OFDM信号和相关文献信号均具有一定的优势,在MIMO雷达探测仿真中有着良好的多信号探测性能和弱目标检测性能。方案2基于OFDM信号时频结构设计与编码优化原理,提出通过模仿NLFM信号的时频结构,设计多个NLFM信号时频结构间隔和信号子段的编码序列的方法来提升OFDM信号的相关性能的方法。方法首先通过窗函数和群延时函数的参数优化算法设计NLFM的时频结构,并通过最小二乘法线性模拟NFLM的时频结构来产生设计OFDM信号的线性时频结构,方法最后结合局部优化算法,正负调频设计来进一步优化设计信号的相关性能。仿真结果展示了设计信号良好的自相关和互相关性能及易于调制的特点,并进一步分析了其在多信号检测中良好的相关性能,最后设计信号相关性能和主瓣宽度随增加子段个数的变化趋势被仿真和分析。3.针对MIMO雷达无源探测中多目标及多卫星信号的多普勒补偿问题,本文提出基于北斗卫星导航系统（Beidou System,BDS）信号反射检测多目标多普勒补偿的方法,来降低目标峰值水平受多普勒相位的影响。方法首先通过多卫星多目标回波公式分析了回波结构成分,并指出北斗信号检测中存在的目标峰值减弱问题。接着,针对是否有目标先验信息两种情况分别给出了多个目标同时多普勒补偿的方案。在仿真中,检测到的目标之间的多普勒频率相差400Hz以上,而补偿后的仿真结果中的多个目标均保持较好的目标峰值,这进一步验证了所提方法在消除多普勒相位影响上的有效性。4.针对MIMO雷达无源探测中,因卫星信号本身固有结构而导致目标识别和分辨问题,本文提出基于BDS信号反射检测的目标峰值识别方法和距离反演方法,来实现目标的散射特征信息检测。在峰值识别方法中,提出通过回波处33 m采样目标峰值方法来识别目标回波峰值,改进后的目标检测峰值在幅度和距离点方面可以更准确地吻合目标信息。而在分辨问题中,本文提出对低分辨率北斗探测信号基于北斗信号相关曲线结构进行散射信息反演的方法,仿真结果显现的舰船目标峰值相比于反演前更吻合雷达散射截面（Radar Cross Section,RCS）数据的分布情况。在应用方面,基于33 m回波采样的目标峰识别结果可更好地进行目标识别,而所提距离反演的方法可以通过峰值搜索算法来实现无先验目标信息的反演处理。仿真最后模拟了杂波和噪声背景下的目标探测结果,并进行了分析和评估。