多输入多输出（MIMO）雷达是一种依靠多个发射天线和多个接收天线形成大孔径虚拟阵列来获得更高目标检测性能的新体制雷达。由于发射信号的正交特性和不同的天线布置方式,使得MIMO雷达可以同时获得波形分集和空域分集,因此其具有多自由度、更大可分辨目标数、高空域分辨力和抗干扰等优点。MIMO雷达可以克服恶劣天气或光照不足的影响,且MIMO雷达的天线尺寸小,成像积累时间短,有着强大的目标检测能力。MIMO雷达技术与调频连续波（FMCW）技术相结合,可以实现小体积、低功耗的高分辨率测距测角雷达。本论文主要开展了S波段小型FMCW MIMO雷达系统硬件设计及外场成像实验工作,并且用相关理论算法进行了实验数据验证,为以后的海洋船舶监测、空域无人机监测等应用场景打下基础。基于FMCW MIMO雷达系统设计与目标成像处理,本论文主要完成以下工作:首先,本论文从FMCW MIMO雷达的基本理论出发,介绍了FMCW雷达距离估计、MIMO雷达角度估计的基本原理,推导了FMCW MIMO雷达系统的数学模型,为系统的硬件设计和目标参数估计奠定了理论基础。然后,制定出一套小型FMCW MIMO雷达硬件系统的总体方案,按性能指标来设计系统的各个模块,并对各个模块进行功能测试、误差分析与技术改进。所设计的雷达系统为了产生高质量的FMCW信号,采用DDS激励PLL的结构作为信号发生器;为了在有限天线和数据信道上提升雷达分辨率,采用了时分复用的方式,在天线阵列中使用4个发射天线和4个接收天线扩展成16个等效虚拟天线;为了抑制期望距离外的噪声和提高接收机的动态范围,在信号调理电路中采用了可调频率带通滤波器和可调增益放大器。最后,对所设计的FMCW MIMO雷达系统进行外场实验测试,在实际场景中获取实验数据。使用FFT-波束形成算法对目标进行成像验证,并且使用Sp SF、Capon和MUSIC算法对目标进行高分辨率测距测角,对雷达系统的可行性和算法性能进行了评估验证。在论文的结尾总结了雷达系统设计与算法实现在论文中已经解决的问题,也指出了下一步仍然需要解决的问题。