集中式多输入多输出（MIMO）雷达由于具有波形分集的优势,可以增加发射信号的自由度,灵活切换工作模式,提升了雷达探测精度,因此受到学者们的广泛关注。其中,对于合成孔径雷达（SAR）,通过正交波形设计可以获得空间分集能力,从而提高对目标的探测性能和定位精度。此外,随着毫米波雷达和5G技术的发展,学者们发现雷达和通信系统在技术上具有许多相似之处。一些特定的应用场景,例如自动驾驶,需要分别进行雷达探测和信息通信,人们可以将雷达探测信号和通信信号进行融合,其中雷达通信一体化波形设计是研究热点。因此,本文主要针对MIMO雷达的波形优化设计,以及雷达通信一体化波形设计开展了深入研究。主要工作和创新点如下:1)针对传统的MIMO OFDM chirp信号,仅包含两路起始频率有微小频偏的正交信号,且信号处理流程复杂,未考虑实际应用中系统干扰等问题,提出了一种新型四路MIMO OFDM chirp信号设计方案。首先对原始的chirp信号进行相位补偿、FFT变换和插值补零等操作,使得新型信号在频域上完全正交,且起始频率相同,有利于在实际应用中生成信号。同时,对空域滤波后的时域回波信号进行补零和下抽样等操作,简化解调过程,提取回波信号的目标信息。在一个脉冲重复周期内,在周期性的chirp子脉冲之间添加微小的时间间隔,以避免实际应用中由热噪声和频谱偏移等因素对信号的自相关和互相关旁瓣产生的不良影响。通过实验仿真分析,本文所提出的MIMO OFDM chirp信号具有较低的自相关和互相关旁瓣,拓展了正交波形的数量,而且与传统的MIMO OFDM chirp信号保持相同的雷达探测性能。2)针对传统的基于多载频的MIMO OFDM LFM雷达信号,存在较高的自相关和互相关旁瓣,产生虚假目标或掩盖小目标的问题,提出了一种基于多载频分段式非线性（PNLFM）子脉冲的MIMO OFDM雷达信号。首先,传统正交信号仅包含上调频和下调频的LFM子脉冲,并且调频率相同或相近,导致正交信号的子脉冲互相关函数产生了大量较高的干扰旁瓣。因此,本文提出了一种PNLFM波形。该波形由三部分组成,其中第一部分和第三部分为LFM子脉冲,第二部分为非线性（NLFM）子脉冲,每一个PNLFM波形可以由其控制变量改变各个子脉冲的时宽和带宽,增加了MIMO雷达信号的自由度。在保持子脉冲带宽不变的情况下,改变子脉冲的时宽,利用遗传算法（GA）对每一个子脉冲的控制变量进行优化,得到了最优化的多载频PNLFM子脉冲的MIMO OFDM雷达信号,有效地抑制了干扰旁瓣。大量的仿真实验表明,本文所提出的MIMO OFDM PNLFM雷达信号具有较低的自相关和互相关旁瓣。3)针对基于PNLFM子脉冲的多载频MIMO OFDM雷达信号正交性受热噪声和时延等因素的干扰,难以保持较低相关旁瓣的问题。本文提出了一种基于单载频多样化PNLFM子脉冲的MIMO雷达信号。该信号的子脉冲由不同类型的PNLFM信号组合而成,每个子脉冲具有各自的控制变量,极大地增加了正交波形的数量和MIMO雷达信号的自由度。利用GA算法对每一个控制变量进行优化,得到最优化波形,有效地降低了MIMO雷达信号的自相关和互相关旁瓣,且具有较好的正交性。进一步分析了PNLFM子脉冲的结构,提出了基于单载频非连续PNLFM子脉冲的MIMO雷达信号。该信号正交波形的PNLFM子脉冲具有非连续的时频图结构,最大限度降低子脉冲互相关函数导致的干扰旁瓣。由于该波形由同一种类的PNLFM子脉冲组成,数量相对较小,适用于阵列天线较少的MIMO雷达系统。利用粒子群（PSO）算法,对各个控制变量进行优化,加快模型的收敛速度,得到最优化波形。仿真实验结果表明,随着时宽带宽积的增加,该模型有效抑制了相关旁瓣干扰,得到了具有较低的自相关和互相关旁瓣的MIMO雷达信号。4)针对自动驾驶领域中传统的雷达通信一体化模型,雷达通信一体化波形的PAPR较高的问题。本文提出了以通信系统中的多用户干扰和雷达系统中雷达通信一体化信号与雷达参考信号的相似性为目标函数,以总发射功率和PAPR为约束条件的雷达通信一体化模型。在新型雷达通信一体化波形的设计中,形成了二次约束二次规划（QCQP）的最优化模型,并利用半正定松弛（SDR）技术得到最优化模型。与总发射功率约束下生成的雷达通信一体化模型相比较,该模型下生成的雷达通信一体化信号具有几乎相同的雷达探测性能和通信性能,但是由于新的波形PAPR值较小,在实际传输过程中,通过非线性放大器发射出去,不会严重失真,因此提升了雷达的探测性能和发射机的功率利用率。同时,在PAPR约束下生成的雷达通信一体化信号,其雷达目标检测概率和通信速率都强于在恒包络约束下生成的雷达通信一体化信号。