信息超材料天线是一种全新的天线体制,它通过编码调控各个阵元的特性以实现对电磁波的实时调控,从而可以实现对目标的实时探测与分析。相比传统的相控阵天线,这种新体制的天线把体积较大、造价较昂贵的移相模块小型化,整体上具有体积小、成本低、操控灵活等特点,是对传统相控阵技术的变革。在雷达目标探测领域,一个很重要的指标是天线系统对波束的灵活控制。本文所研究的信息超材料天线是基于编码的反射式移相天线,这种天线的波束合成原理类似于相控阵,但由于硬件限制,每个阵元可以取得相位值非常有限。本文针对这一条件下的信息超材料天线的波束合成方法进行了研究,并对其目标探测的性能进行分析,为推动这一新体制天线走向应用提供了理论支撑。本文首先对该领域的国内外研究现状作了介绍,对该体制的雷达系统的硬件实现进行了分析和建模。传统相控阵天线是通过连续改变相邻阵元的相位差,对波束的指向进行连续控制。在超材料天线中,有限的离散的相位取值只能合成有限的离散的波束。本文分析了它们之间的联系与差异,并从重复编码的角度分析与传统相控阵天线等效间距的关系,提出了重复编码法合成波束。根据不同编码模型与天线方向图之间的关系,提出了卷积法合成波束。对这两种方法进行组合编排,并对二维空间的波束合成算法进行分析,得出了数据搜索的二维空间波束合成方法。对上述方法进行仿真和分析后,进一步提出以二维空间波束需求为导向的、可以解析计算的基于超定方程求解的波束合成方法,大大扩展了可以合成的波束范围,提高了波束的灵活性。同时,本文针对上述方法各自的特点和优势,给出各个方法的适用范围与限制条件,为不同条件、不同需求下的波束合成提供了理论分析支持。最后,针对上述方法所合成的波束性能进行优化。受限于该天线的馈电方式影响,其波束的旁瓣性能有待提升,本文主要通过改变天线反射面上的幅度分布,以及通过阵列信号处理相关理论对旁瓣进行优化。本文还对信息超材料天线的目标探测性能进行了分析。角度测量是雷达的一个重要功能,对于超材料天线这一体制,可以采用最大信号法、等信号法两种主要的测角方法。本文分析了在这两种方法下的具体实现问题,以及它们的测角性能。同时还利用阵列信号处理相关理论,结合信息超材料天线,对目标回波进行谱估计分析,从而也可以实现测角功能。本文还给出了信息超材料天线在目标探测与跟踪方面的性能,以作为实际应用的参考。