MIMO技术最初起源于无线通信行业,核心思想是将发送端的信号分开将接收端的信号合并。把MIMO技术应用到雷达领域,把雷达目标看作是无线通信中的信道,利用波形分集能力对目标进行探测。随着航天技术的发展,提出了将MIMO雷达与卫星相结合的思想,把卫星作为MIMO雷达工作的平台。星载MIMO雷达相比于机载雷达和陆基雷达而言有很多的优点,例如观测范围大,使用较少的卫星就可以实现对全球的覆盖,而且星载雷达在空间中可以全天侯地工作而不用担心受到攻击,具有反侦察、抗干扰等显著优势。本文将以星载MIMO雷达为基础,通过先进的信号处理方法,提升雷达系统检测目标和抗干扰的性能。主要研究内容如下:第一部分对星载场景下MIMO雷达工作时面临的杂波环境进行了分析。由于卫星的运动速度很快,这会导致雷达工作时的杂波环境复杂多变,同时地球自转也会给回波带来附加的多普勒频率。通过对杂波回波的分析和建模,得到了星载条件下MIMO雷达回波的特点。这部分作为全文的基础,是后面两个章节优化算法实施的前提。后面两章的信号处理都考虑了地球自转的因素。第二部分对星载场景下MIMO雷达的波形设计进行了研究。根据场景的需求把MIMO雷达的波形设计分为正交波形设计和部分相关波形设计。当雷达对全空域进行探测时,发射正交波形。使用多序列循环新算法,基于最小化发射信号相关函数积分旁瓣电平的准则优化发射波形,先证明了算法的有效性,接着对比其他算法分析了其优缺点,最后分析了码长对波形之间相关性能及代价函数的影响。仿真发现,码长越长,算法的正交性能越好。当杂波先验信息已知时,在考虑地球自转的条件下发射部分相关波形,基于回波中信杂噪比最大的原则对发射波形和接收滤波器进行联合优化设计。分析了目标速度、地球自转以及恒模和相似性约束输出信杂噪比的变化,并通过仿真结果验证了算法的有效性。第三部分对星载场景下MIMO雷达的方向图设计进行了研究。当理想的发射方向图已知时,通过改变发射波形的加权系数矩阵或者是协方差矩阵合成理想的发射方向图。当干扰的先验信息已知时,通过改变发射波形得到在干扰处产生凹陷的发射方向图。当先验信息未知时,通过发射正交波形获得关于环境的先验信息,进而设计出信杂噪比最大的发射波形,并对比了考虑地球自转和不考虑地球自转下的信杂噪比。最后通过仿真结果验证了理论分析的正确性。