时间反转是一种将接收单元记录的接收信号按照时间逆序回传的操作,回传的信号会自适应的聚焦在辐射区域或者散射区域。这种对环境的空时自适应聚焦特性使得时间反转技术在探测、通信和医疗领域拥有巨大的潜力。而本文主要研究了基于时间反转理论的稀疏阵列探测目标方向的方法和时间反转在雷达探测中的应用方案。本文针对稀疏天线阵列在探测远场目标方向时面对的栅瓣问题,深入研究了时间反转探测目标方向的原理和稀疏天线阵列的主瓣识别方法,并提出了两种稀疏天线阵列探测目标方向的方法。同时又考虑到时间反转在现实环境中探测远场目标时面对的种种问题,本文又提出了一种适用于单发射天线的时间反转算子,并结合雷达信号处理,设计了一套实验方案进行了实际场地实验。本文介绍了时间反转技术的基本理论和两种基于时间反转的目标方向探测方法,时间反转镜(TRM)和时间反转算子分解法(DORT)。针对稀疏阵列探测目标方向时面对的栅瓣问题,提出了两种针对不同情况的稀疏天线阵列识别主瓣的方法,时间反转窗函数法与插值法。其中,时间反转窗函数法对稀疏阵列的阵型没有要求,主要针对宽带天线,它利用不同频率下天线阵列方向图的主瓣不变性和栅瓣随着频率变化而改变的特性,将不同频率的时间反转结果相乘,从而识别主瓣的方向。插值法对天线的带宽要求不高,主要针对的是窄带天线,但是对稀疏天线阵列的阵型有特殊要求。该方法利用均匀稀疏阵中间的一小块稠密部分,不断在天线阵元之间插入虚拟阵元,从而将稀疏天线阵的接收信号改为一个虚拟的稠密天线阵,再利用时间反转算法对其进行时间反转,从而识别稀疏天线阵列的主瓣方向。本文还研究了时间反转技术在实际中探测目标方向的方法,并提出了一种可用于探测远场运动目标的时间反转算子。本文首先分析了时间反转在现实应用时面对的问题。在现有的时间反转理论中,未考虑包络信号检测问题和运动目标多普勒效应的补偿问题。然后,本文将时间反转方法与雷达信号处理方法结合,通过雷达信号处理中的脉冲压缩方法解决了包络信号检测的问题,通过相干积累提升了接收数据的信噪比,通过对雷达接收信号进行离散傅里叶变换实现对多普勒频率的估计与补偿。并且本文提出了一种利用不同时间段的传输函数来构建时间反转算子的方法,这种新型的时间反转算子用目标的运动来代替发射天线的轮流发射。因此,该方法只需要一个发射天线即可探测运动目标的方向。最后本文设计了一套新型时间反转算子的试验方案,同时通过实际场地的实验进行了验证。