对于超远距离目标和隐身目标探测的需求使得天波雷达越来越受到广泛的关注。高频天波雷达利用电离层的反射作用实现对目标的超视距探测,然而,电离层的分层特性常常使雷达和目标之间产生多条反射路径,给高频天波雷达带来的多路径回波干扰。多输入多输出MIMO体制雷达能够有效的缓解这种干扰带来的影响,已在天波雷达中得到一定应用,其中分布式MIMO雷达因其收发天线阵列空间充分分离,具有更好的抗干扰特性。本文针对分布式MIMO高频天波雷达多路径回波的干扰抑制与信号检测问题进行以下工作:首先,简单描述了天波OTHR(Over-the-Horizon Radar,OTHR)雷达电离层模型,并介绍了MIMO天波雷达阵列信号模型,之后研究DOA估计中常用的空间平滑MUSIC算法。其次,对于路径不可预测的多路径干扰,给出了基于DBN(Deep Belief Network,DBN)和特征投影预处理的MIMO高频天波雷达多路径信号干扰抑制方法。运用DBN模型识别空间谱是否存在多路径干扰,并对干扰DOA进行估计,然后利用基于特征投影预处理的方法对多路径干扰进行抑制,最后仿真得到该方法对多路径干扰的抑制结果。最后,对于路径可以预测的多路径信号,研究分布式MIMO高频天波雷达多路径回波信号检测算法,首先利用对未知参数的极大似然估计方法推导了GLRT(The Generalized Likelihood Ratio Test,GLRT)检测器、Wald检测器和Rao检测器,并对Rao检测算法进行了改进。其次给出了期望似然(Expected Likelihood,EL)检测算法,并在低信噪比条件下,得到了改进的EL检测算法,该方法检测效果更好,可以提高对目标检测能力。之后基于改进的EL检测算法研究利用多路径回波进行检测的方法,最后给出了分布式MIMO天波雷达多路径信号检测方法。