在MIMO技术在通信领域中的应用取得了巨大成功之后,MIMO雷达的概念也在21世纪之初被提出。MIMO雷达发射波形的分集性可以构成一个等效虚拟阵列从而带来一系列的优势如更高的方位分辨率,对目标更好的辨识能力等。MIMO雷达成像是将传统的宽带成像雷达与MIMO雷达的等效虚拟阵列技术相结合的一种前沿技术,受到了国内外学者的广泛关注。随着MIMO雷达成像技术的理论体系日趋完善,用于验证MIMO雷达实际性能的实验系统或样机成为了一个迫切的需求。基于这一原因,本文的内容旨在描述一个MIMO雷达实验系统设计的理论依据和实现过程,以及基于这一系统上的成像算法实现。首先,本文对MIMO雷达成像的基本理论进行了介绍,分析了在对远场信号DOA估计数学模型下的阵列天线的波束宽度和方位分辨率,给出了 FMCW MIMO雷达系统的数学模型,并且讨论了基于该系统模型的角度估计和成像的实现方法。然后,本文详细描述了一套MIMO雷达成像实验系统的设计过程。为了产生高质量的FMCW信号,在发射机中使用了 DDS+PLL的结构;为了在有限的天线单元和数据信道的基础上扩展阵列的分辨率,在天线阵列的设计中使用了平板定向天线并采用了宽阵元间距的方案;为了抑制发射天线到接收天线的耦合作用并抑制高频带外噪声,在中频信号调理电路中使用了开关电容滤波器形成了范围可调的距离门;为了能够实现实时的成像,在雷达信号处理部分使用了一块DSP+FPGA的信号处理板。接着,本文介绍了应用于FMCW MIMO雷达系统的波束形成算法,包括对成像算法的改进,成像算法在信号处理板上的实现流程和成像算法在外场实验的实际表现。为了消除波束形成算法的旁瓣效应在方位向上造成的虚警问题,提出了一种基于方位向检测门限的改进算法;为了提升算法的执行效率,提高雷达成像速度,根据算法需求设计了一条高效的DSP+FPGA数据流水线来产生雷达图像;为了验证雷达的实际情况下的表现,进行了雷达成像实验并通过实验结果对雷达的成像性能进行评估。最后,本文对之前的内容进行扩展,讨论了在FMCW MIMO雷达中使用超分辨率成像算法。以子空间理论为基础,以空时等效性为依托,分别推导了使用MUSIC算法在FMCW MIMO雷达中进行距离估计和方位估计的方法;以矩阵平滑理论为依据,分别分析了通过空间平滑和时间平滑的方法对目标的信息进行解相干,进而解算出目标的方位和距离;以空间-时间二维平滑理论为方法,得到了阵列数据重构矩阵和同时包含有目标距离信息和方位信息的导向-距矢量,最终对实验所得的实测数据使用二维的MUSIC算法进行处理,实现了距离-方位二维的超分辨率成像。