MIMO雷达又称多输入/多输出雷达，它在发射端和接收端使用，具有多个发射和接收天线。与相控阵雷达不同之处在于相控阵雷达以提高信号处理增益为目的，发射的是相参信号；MIMO雷达为实现空间分集，发射信号在时域上是正交的［6］。
设MIMO雷达具有M个发射天线阵列和N个接收天线阵列，第m个发射天线发射波形为ϕm，则它与第k个天线发射波形正交［7］：
在每个接收天线中，这些正交波形被M个匹配滤波器接收处理，因此提取的信号总数为MN。考虑一个远场点目标，则目标回波信号响应等价于通过一个MN天线阵元的天线阵列接收到的目标响应，将这MN元阵列称为虚拟阵列，是传统N元阵列天线的M倍。MIMO雷达正是通过发射正交波形增加虚拟阵列的自由度，等价为天线具有更大的孔径，进而提升空间分辨率［8］。
通过分析，采用MIMO工作体制的雷达导引头具有以下优势：
（1）采用多个发射端同时发射多路正交信号，增加干扰机帧收和分选信号的难度，提高雷达导引头的抗干扰能力。
（2）发射子阵采用相互正交的发射信号，由于各子阵信号的正交性，在空间将不能同相位叠加合成高增益的窄波束，而是形成低增益宽波束，极大地提高了雷达导引头的低截获概率。(www.xing528.com)
（3）通过虚拟阵元扩大天线虚拟孔径，形成更窄的主瓣波束及更低的旁瓣，提高雷达导引头的角度分辨率及对微弱目标的检测能力。
（4）采用正交发射波形的空时信号自适应处理算法自由度更大，提高了导引头对低速运动目标的检测能力及杂波的空间分辨率。
由于MIMO雷达导引头发射正交波形带宽是相控阵雷达导引头的N倍，在匹配接收时接收机带宽也增加了N倍，因此，信噪比为相控阵的1/N［9］。在发射功率相同的条件下，MIMO雷达导引头作用距离较近。所以，MIMO雷达导引头在工作时可采用以下工作模式：远距时工作在传统的相控阵体制下，每个子阵均发射相同工作波形，用以提高导引头的作用距离；近距时采用MIMO工作体制，各子阵发射正交工作波形，提高雷达导引头的抗干扰能力。
考虑到弹载环境下对导引头体积和质量限制严格，通常采用集中式MIMO雷达设计，即发射阵元和接收阵元空间分布紧凑，采用共口径设计。图1给出了MIMO雷达导引头的组成原理框图（图中实线为发射部分，虚线为接收部分），由该图可知，MIMO雷达导引头主要由多通道相控阵天线、驱动功放、接收机、信号处理机、频率综合器和电源组成。导引头工作时由信号处理机DDS电路输出频率和相位满足要求的N路中频信号经频综和驱动功放上变频、放大后送给N路T/R组件，然后经N路发射子阵发射出去；回波信号首先经N路接收子阵接收，然后送到接收机进行下变频处理，再经N路匹配滤波器组后进行STAP和DBF等信息处理，抑制杂波、对抗干扰并提取目标信息。由于发射波形分集的增加，相比传统相控阵雷达空时处理，MIMO雷达空时处理由空时两维空间扩展到空时码（波形）三维空间，导致计算量和复杂度急剧上升，工程实现困难。因此，必须研究高效的降维处理技术，使其既满足弹载条件下雷达信号处理的实时性要求，又具有良好的杂波抑制能力。
图1 MIMO雷达导引头组成原理框图
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