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相控阵已经广泛应用在现代通信、雷达和导航等系统中。不同于相控阵,频控阵相邻阵元的载波频率存在较小的频率增量,因此频控阵波束具有距离依赖性,可以抑制距离依赖性干扰和杂波,提高检测性能。针对频控阵的研究,本文的主要工作和贡献可归纳为:(1)推导了频控阵雷达目标单脉冲和多脉冲检测性能。论文推导了频控阵雷达、相控阵雷达和分布式MIMO雷达似然比检测器输出的表达式,并比较分析其检测性能。在恒虚警检测下,计算最优检测器的累积分布函数;针对快起伏目标检测,讨论多脉冲条件下频控阵雷达的检测性能。在低信噪比下,频控阵雷达表现更好的目标检测性能,而且随着阵元数的增加检测性能提高。(2)推导了频控阵雷达对目标参数估计的理论性能,提出一种子孔径阵列设计方法。针对匹配滤波前和匹配滤波后两种信号模型,推导了角度、距离和速度的克拉美-罗下界(CRLB)。由于频控阵波束在距离和角度上存在耦合,本文提出一种子孔径-频控阵的阵列结构,此阵列结构是将线性阵列划分为两个子阵,并且每一个子阵设置不同的频率增量。在高斯白噪声下应用线性调频波仿真验证,仿真结果表明频控阵比相控阵有更好的参数估计性能。(3)提出一种基于最小化目标参数估计CRLB的最优子阵列设计方法。论文首先推导了子孔径-频控阵雷达目标角度和距离联合估计的克拉美-罗界,针对子阵列数目和子阵列频率增量已知的问题,提出一种以最小化CRLB为准则的阵列设计方法;进而利用罚函数法将这种约束优化问题转化为无约束的最小化问题,然后采用Nelder-Mead算法求解最小化参数估计CRLB的阵列设计问题。(4)利用微分几何分析了频控阵的阵列流形几何和模糊特性,并且提出一种求解频控阵测向模糊的增强算法。针对相同功率的目标源,用阵列流形曲线长度和一阶曲率表示频控阵雷达的检测和分辨阈值,进而分析基于均匀划分阵列流形曲线的模糊生成集。在相同条件下,频控阵比相控阵有更好的目标检测和分辨性能。由于频控阵波束的距离依赖性,一些对于相控阵线性相关的模糊生成集对于频控阵是线性独立的,因此频控阵相对于相控阵可以分辨更多的目标源。