امروزه سیستم های راداری دارای کاربردهای فراوانی در زمینه های مختلف نظامی و غیرنظامی نظیر مراقبت، جست وجو، ناوبری، کنترل آتش، تصویربرداری، هواشناسی و … می باشند. تصویربرداری راداری یکی از کاربردهای سیستم های راداری است که هم برای مقاصد نظامی و هم برای مقاصد غیرنظامی مورد استفاده قرار می گیرد. تصویربرداری راداری توسط دو دسته رادارهای sar و isar انجام می شود. در sar معمولاً رادار متحرک بوده و از اهداف ساکنی چون عوارض پوسته زمین، شهرها و … تصویربرداری می کند. از طرف دیگر رادار isar معمولاً ثابت بوده و از اهداف متحرکی نظیر کشتی، هواپیما، اجرام آسمانی، موشک و … تصویربرداری می نماید. در این پایان نامه تصویربرداری دو بعدی به کمک رادارهای isar مد نظر است. روش مرسوم در این رادارها انجام پردازش داپلر به کمک تبدیل فوریه است. اما معمولاً به دلیل حرکت پیچیده و مانوردار هدف، طیف داپلر متغیر با زمان شده و استفاده از تبدیل فوریه سبب مات شدگی تصویر نهایی خواهد شد. براین مبنا ابتدا باید تغییرپذیری با زمان طیف داپلر تا حد امکان جبران شده وسپس تبدیل فوریه به کار گرفته شود. اصولاً الگوریتم های جبران سازی که به این منظور پیشنهاد شده اند در حرکت های مانوردار و پیچیده هدف موفقیت چندانی نداشته و در ضمن بار محاسباتی زیادی را نیز تحمیل می نمایند. در حوالی دهه 90 میلادی استفاده از تبدیل های زمان- فرکانس برای پردازش داپلر و به تبع تشکیل تصویر پیشنهاد شد که هم برای حرکت های هموار و هم برای حرکت های مانوردار قابل استفاده بود. در این پایان نامه ابتدا مروری بر تبدیل های زمان- فرکانس خطی و دوخطی شامل تبدیل های کلاس کوهن خواهیم داشت. پس از آن تبدیل فوریه کسری را به عنوان ابزاری قوی برای پردازش سیگنال های با طیف متغیر با زمان معرفی نموده و به بررسی خواص آن می پردازیم. سپس از تبدیل فوریه کسری و یکی از معمول ترین تبدیل های کلاس کوهن (توزیع شبه ویگنر- ویل هموار شده) برای تشکیل تصویر در isar استفاده می کنیم. برای تنظیم مرتبه تبدیل فوریه کسری و نیز پارامترهای کرنل توزیع شبه ویگنر- ویل هموار شده، از معیار حداقل آنتروپی در دو حالت کلی و محلی بهره می بریم. مقایسه کمّی تصویر به دست آمده با استفاده از تبدیل فوریه کسری با تصویرهای حاصل از تبدیل فوریه و تبدیل فوریه زمان کوتاه نشان می دهد تبدیل فوریه کسری ابزار بسیار مناسبی برای تشکیل تصویر isar حتی در سیگنال به نویزهای پایین می باشد.

طراحی شکل موج ارسالی برای بهبود کارایی آشکارسازی سیستم های راداری از دهه 50 میلادی مورد توجه جدی محققین قرار گرفته و تا کنون نیز ادامه داشته است. در طراحی شکل موج ارسالی به منظور بهبود کارایی چند چالش جدی پیش رو است که از جمله می توان به وجود پژواک کلاتر وابسته به سیگنال ارسالی در گیرنده، معلوم نبودن شیفت داپلر هدف از دید فرستنده و نیاز به اعمال برخی قیود عملی (مانند محدودیت نسبت توان پیک به متوسط) اشاره نمود. بررسی تحقیقات گسترده انجام شده در این زمینه از دیرباز تاکنون، نشان از یک خلأ اساسی در کارهای انجام شده در حوزه رادارهای تک ورودی-تک خروجی دارد. به بیان دیگر، در کارهای انجام شده اثر همزمان وابستگی پژواک کلاتر به سیگنال ارسالی و نامعلوم بودن شیفت داپلر هدف در نظر گرفته نشده است. در این رساله در حوزه رادارهای تک ورودی-تک خروجی، اثر همزمان وابستگی پژواک کلاتر به سیگنال ارسالی و نامعلوم بودن شیفت داپلر هدف را در طراحی در نظر می گیریم. علاوه بر این، قیدهایی مانند محدودیت نسبت توان پیک به متوسط و شباهت (با یک کد داده شده) را نیز لحاظ می نماییم. در این راستا، الگوریتم هایی را برای یافتن جواب هایی از مسائل طراحی غیر محدب (که برخی از آنها به کلاسی از مسائل np-hard تعلق دارند) پیشنهاد می نماییم. روش های پیشنهادی مبتنی بر آزادسازی در مسائل اصلی، الگوریتم های چرخشی و غیره می باشند . در حوزه رادارهای چند ورودی-چند خروجی، عمدتاً تمرکز بر روی اهداف ساکن بوده و به دلیل پیچیدگی روابط کارایی آشکارساز، از معیارهای تئوری اطلاعاتی به عنوان متریک طراحی استفاده شده است. در این تحقیقات، بعضاً اثر وابستگی پژواک کلاتر به سیگنال ارسالی در نظر گرفته شده اما اصولاً طراحی غیر مقید مورد نظر بوده است. در این رساله، ابتدا روابط دقیق کارایی آشکارساز بهینه در حضور تداخل گوسی را به همراه کرانهای بالایی و پایینی برای احتمال آشکارسازی و احتمال خطای هشدار کاذب به دست می آوریم. در مورد طراحی شکل موج، یک سیستم چندپایه (با پردازش مرکزی) را مدّ نظر قرار داده و با توجه به پیچیدگی روابط کارایی آشکارساز بهینه برای آن، از مهمترین معیارهای تئوری اطلاعاتی شامل فاصله باتاچاریا، kl-divergence، j-divergence و اطلاعات متقابل برای طراحی کد ارسالی بهره می بریم. در ادامه یک چارچوب بهینه سازی برای مسائل طراحی متناظر با معیارهای مختلف ارائه نموده و دو الگوریتم برای یافتن جواب هایی از این مسائل پیشنهاد می کنیم. سپس روش های پیشنهادی را به رادارهای mimo متعامد و طراحی تحت قید محدودیت نسبت توان پیک به متوسط تعمیم می دهیم. در پایان، طراحی کد ارسالی در سیستم های mimo غیر متعامد به کمک معیارهای تئوری اطلاعاتی را مورد مطالعه قرار داده و مشابه مورد قبل، الگوریتمی را برای یافتن جواب هایی از مسائل طراحی متناظر ارائه می کنیم.