受多输入多输出(MIMO)通信和综合脉冲孔径雷达(SIAR)的启发，MIMO雷达作为一种新体制雷达，得到了雷达界的广泛关注和研究。MIMO雷达使用多个发射天线分别发射不同的信号，同时使用多个接收天线接收并处理目标回波信号。与传统雷达相比，正是这种波形分集能力使得MIMO雷达具有更多的优势。波形分集是MIMO雷达的重要特征，波形设计是实现波形分集的重要手段。基于混沌信号的新体制雷达是混沌应用于雷达的一个主要方面。代入不同初值，在短时间内能够产生数量众多的混沌信号。混沌信号具有对初始值敏感、类似噪声的宽频谱、图钉型的模糊函数、尖锐的自相关和近似正交的互相关等特性。本论文围绕MIMO雷达混沌波形设计展开相关研究，主要包括以下几个方面：1）提出了混沌离散频率编码、混沌二相编码和混沌四相编码的MIMO雷达波形设计方法以及选取依据。对常用的四种离散混沌序列（Tent序列、Logistic序列、Quadratic序列和Bernoulli序列）的自相关和互相关特性进行了研究，给出了混沌序列的相关性与序列长度、自由参数之间的关系；对使用四种混沌序列调制所产生的离散频率编码波形、二相编码波形和四相编码波形的自相关和互相关特性进行了研究，给出了混沌波形的相关性与波形长度、自由参数之间的关系。以下结论作为选取MIMO雷达混沌波形的依据：Tent和Bernoulli离散频率编码波形的相关性较好，是较为理想的MIMO雷达发射波形；四种混沌二相编码波形的相关性相似，都是较为理想的MIMO雷达发射波形；Tent、Logistic和Quadratic四相编码波形的相关性较好，且相关性好于二相编码波形，是较为理想的MIMO雷达发射波形。2）建立了基于混沌离散频率编码波形和混沌相位编码波形的MIMO雷达多脉冲压缩累积信号处理模型。对混沌波形的自相关旁瓣和互相关的统计功率峰值进行推导：取不同的波形长度N时，自相关旁瓣和互相关的统计功率峰值近似为1N；对不同初始值所产生的混沌波形的自相关旁瓣之间的相关性、互相关之间的相关性进行了研究并得到以下结论：不同初始值所产生的混沌波形的自相关旁瓣之间是不相关的，同时，不同初始值所产生的混沌波形的互相关之间也是不相关的；基于上述相关性结论，建立了基于混沌离散频率编码波形和混沌相位编码波形的MIMO雷达多脉冲压缩累积信号处理模型。使用多脉冲压缩累积能够有效降低混沌波形的自相关旁瓣和互相关。3）提出了用混沌离散频率编码波形提高MIMO雷达目标检测性能的方法。根据混沌离散频率编码波形的相关性与波形长度、自由参数之间的关系，设计并选取较长的且具有较好自相关和互相关特性的Tent离散频率编码波形。在杂波和噪声背景下，脉压输出具有较低的旁瓣峰值，从而提高MIMO雷达对点目标的检测性能，但相同方法却不能提高MIMO雷达对相邻弱小目标的检测性能。通过多脉冲压缩累积的方法，基于Tent离散频率编码波形的MIMO雷达信号处理模型，降低混沌波形的自相关旁瓣和互相关，使输出结果具有较低的旁瓣峰值，从而提高MIMO雷达对点目标的检测性能。特别在相邻弱小目标场景中，由于采用了多脉冲压缩累积的处理方法，强目标回波的旁瓣并不会掩盖弱目标回波的主瓣，从而提高了系统对相邻弱小目标的检测能力。4）提出了用混沌相位编码波形提高MIMO雷达目标检测性能的方法。在杂波和噪声背景下，根据混沌相位编码波形的相关性与波形长度、自由参数之间的关系，设计并选取Tent相位编码波形。由于较长的混沌相位编码波形具有较好的相关性，此时脉压输出具有较低的旁瓣峰值，从而提高MIMO雷达对点目标的检测性能。同时，此方法对相邻弱小目标检测也是有效的。基于混沌相位编码波形的MIMO雷达信号处理模型，使用多脉冲压缩累积降低混沌波形的自相关旁瓣和互相关，从而提高MIMO雷达对点目标和相邻弱小目标的检测性能。