多发射正交波形，无论是空间多天线发射还是时变多发射的，都具有广泛的应用背景，例如获得空间波形分集、解距离模糊和抗距离欺骗干扰等。特别是针对认知雷达，在具有先验信息的情况下，多发射正交波形及其脉冲压缩（PC，PulseCompression）滤波器的优化设计也是关键技术。本论文主要工作包括以下几个方面：1．针对不同的多发射系统应用背景，研究正交波形的优化设计方法。针对多发射-地面运动目标检测（GMTI，Ground Moving Target Indication）系统，详细分析了该系统对正交波形的性能要求，并基于此给出波形优化设计方法。提出在约束波形相关性能和正交性能的同时，考虑一维距离像的旁瓣性能，并分析了波形的正交性、一维距离像的积分旁瓣电平对运动目标检测性能的影响。多发射信号之间的正交性越好，其改善因子越好，而PC后输出结果的积分旁瓣性能越好，可检测的运动目标速度范围就越广。本论文针对时变多发射正交波形可以抗距离欺骗干扰，给出了波形优化算法及抗干扰策略。根据排列组合原理可知，发射波形跳变顺序越多，抗干扰的有效概率就越高，仿真实验验证了所提方法的有效性和可行性。2．具有全零旁瓣的正交信号无法得到，因此考虑具有部分零旁瓣区域的正交信号的设计方法。将约束主瓣附近旁瓣区域性能的思想替代约束所有的旁瓣区域（所有信号的自相关旁瓣和互相关旁瓣），提出了一种具有零相关区域的多发射正交信号（ZCZ-OS，Zero Correlation Zone-Orthogonal Sequences）。这类信号应用于天基多发射-GMTI系统，研究了其一维距离像的主瓣和旁瓣特性，主瓣形状和主瓣附近的旁瓣形状大致一样，对于目标附近的强杂波具有很好的抑制作用。针对时变多脉冲正交发射系统，证明了ZCZ-OS的复合模糊函数在多普勒频率为零时具有全零旁瓣区域，在多普勒频率较小时也几乎是全零旁瓣。3．实际的环境信息往往瞬息万变，所以随着时变环境的自适应波形设计更能符合实际的需求。在环境动态变化的情况下，研究可控低旁瓣（或零旁瓣）正交波形的设计方法以及基于先验信息的PC滤波器的设计方法。在可能出现强杂波的区域设计低旁瓣，弱或无杂波区适当放宽低旁瓣的要求。在ZCZ-OS信号基础上提出了两种可控低旁瓣的正交信号，即循环移位ZCZ-OS和三元ZCZ-OS，循环移位数不影响ZCZ-OS周期自相关函数的零相关区域，只改变其非周期相关函数的旁瓣，特别是ZSZNM。因此，分析循环移位的ZCZ-OS的非周期相关函数特性，将循环移位的位数和所得到的新ZCZ-OS信号的零旁瓣区域位置和大小存储在波形库里面。通过选择循环移位的位数，使得所选信号的一维距离像的零旁瓣位置、大小和强杂波或干扰的位置（先验知识）一致。在原始二相编码ZCZ-OS信号或者循环移位ZCZ-OS的基础上，依据最小冗余的思想在某些位置上内插一定长度的零序列，得到三元ZCZ-OS信号，仍然可以保留零旁瓣区域，同时还具有更低的峰值旁瓣电平。在认知雷达的应用中，这两种新的ZCZ-OS具有更灵活的零旁瓣区域，因此更容易适用于动态杂波干扰环境。基于与环境信息逆匹配的期望时域响应结果的旁瓣形状，将注入人工干扰的思想引入到优化设计PC滤波器。通过对旁瓣区加入具有适当功率的人工干扰（也即是加权系数），优化得到滤波器的权值，采用迭代的方法使得优化设计得到的PC输出结果趋近于期望时域响应结果。这种基于环境逆匹配的PC滤波器设计方法不但适用于单个波形，还适用于多个波形。4．针对多天线发射正交波形的雷达系统，信号处理过程依次包括PC和发射波束形成（TBF，Transmit Beamforming）处理两部分。TBF和PC之间具有耦合性，从之前约束PC结果的旁瓣电平到现在研究信号处理结果的旁瓣性能。分析了基于TBF的多发射ZCZ-OS信号的旁瓣性能。重点研究了空域主波束内的距离旁瓣性能。对于法线方向，由于信号本身固有的相位关系TBF结果具有部分的零旁瓣区域，并且分析了这一区域的分布特性。对于其他非法线方向，提出了一种全局搜索的算法优化发射顺序，给出了基于目标方向的最优发射顺序与期望方向的关系图，改善了主波束内的旁瓣性能。当期望方向为法线方向时，TBF输出结果具有零旁瓣区域。特别是在主瓣附近的零区域，有利于抑制目标附近的强干扰。另外，提出了一种基于窗函数包络的ZCZ-OS信号，结合窗函数包络的参数优化和TBF，可以积累足够的增益同时降低旁瓣电平，从而提高目标检测的性能。仿真实验验证了窗形状包络的ZCZ-OS信号性能优于矩形包络，具有更低的旁瓣电平，且增益损失和主瓣展宽倍数均很小。