多輸入多輸出（Multiple-input Multiple-output）雷達的概念由Fishie于2004年首次提出。并不是說MIMO技術是從2004年才開始，而是FIshie第一次將MIMO通信的空間分集觀點引入到了雷達中。

基于多陣元天線，MIMO雷達采用M個通道發射相互正交的信號，多波形信號在空間保持獨立，經過目標的散射，被N個接收陣元接收，每個陣元都采用M個匹配濾波器對回波進行匹配，從而可以得到M*N個通道的回波數據。

可以看出形成的觀測通道數（M*N）可以成倍與物理陣元數（M+N），但由于發射的信號為正交信號，則無法像相控陣那樣通過波束形成在空間功率合成了，從而發射波束的主瓣增益將降低1/M。

天線陣在空間的分布不同就發展出了二種主要的體制：統計MIMO雷達和相參MIMO雷達。

統計MIMO雷達（分布式）

發射陣在空間散布，目標回波是有大量散射體的回波疊加而成，接收機利用正交性分離出不同位置的回波，這些回波認為是相互統計獨立的，目標發射信號功率近似穩定，這對目標檢測是有益的，可以有效克服由目標閃爍導致的雷達性能下降。

相參MIMO雷達（緊湊式）

發射/接收陣元在空間上分布緊湊，這個緊湊是指天線陣元的間距在發射信號的波長量級時，遠場目標回波對于收發天線陣是相關的。

相參MIMO雷達又可以分為單站和雙站，單站大家好理解；雙站是說收、發分別緊湊配置，收發之間滿足雙站雷達的條件。

對于相參MIMO雷達，各發射和接收單元的位置是已知的，對接收端匹配濾波后的MN個輸出信號進行移相相加，可以在一個或多個方向上形成波束。