如圖3，一對發射陣元和接收陣元可以虛擬出一個收發陣元，則對于M發N收的MIMO雷達，發射陣元和接收陣元共有M
x N對，即可以虛擬出M x
N個收發陣元，其個數一般是遠遠大于N的，從而實現了陣列孔徑的擴展。例如2發4收的MIMO雷達，可以形成8元的虛擬陣列。如此，德州儀器（TI）3發4收的AWR1243雷達，可以形成12元的虛擬陣列。
圖4為TI測試的MIMO雷達的FFT輸出圖，很明顯通道數越多，精細程度就越高。
TI通過級聯4個單芯片AWR1243雷達前端器可以實現成像功能。AWR1243中集成的DSP能夠將無線電波捕獲的數據轉譯為點云圖。如圖5，顯示了TI級聯雷達傳感器創建的圖像。該級聯雷達能探測250 m以外的車輛，40米處可以做到1度的方位角分辨率，也就是4.5厘米的精度和大約9厘米的物體分離精度。MIMO具備很寬的視場角（FOV），TI這種4個級聯的雷達FOV高達192度。而攝像頭的話80度的FOV都算是廣角了，邊緣處可能有廣角失真。
MIMO-SAR雷達
傳統SAR是對三維（3D）場景的二維（2D）成像，圖像中所有的像素點實際是具有相同距離的所有俯仰向散射體的迭加，因而存在著圓柱對稱模糊、疊掩現象等問題，難以滿足越來越高的成像精度和復雜環境偵查的要求。
結合了MIMO和SAR兩種技術優勢的MIMO-SAR雷達，能夠在距離向寬帶分辨和方位合成孔徑分辨的基礎上增加俯仰向實孔徑的分辨能力。通過俯仰向并行收發以及優化布陣，可以獲取目標的第3維信息（高度），避免3D空間到2D平面投影的信息損失。因此，MIMO-SAR雷達是實現3D成像的最佳解決手段之一。
以色列創新公司Arbe Robotics最先實現了高分辨率的4D成像雷達（3D位置+1D速度），該雷達就是采用了結合MIMO的SAR的成像技術。根據Arbe Robotics公司發布的在線演示數據顯示（圖6），Arbe Robotics高分辨率雷達可提供“100度的寬視場（FOV）”，可探查到300米外的障礙物，其方位角分辨率及仰角分辨率分別達到1°和3°。
超材料天線+SAR
除了利用MIMO和SAR技術提高雷達分辨率外，還可以考慮改變天線自身材料結構特性來提高雷達的分辨率，其中超材料（metamaterial）就是種不錯的選擇。
所謂超材料，是指一些具有人工設計的結構并呈現出天然材料所不具備的超常物理性質的復合材料。超材料的設計思想是新穎的，這一思想的基礎是通過在多種物理結構上的設計來突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超常的材料功能。典型的超材料有：左手材料、光子晶體、超磁性材料、金屬水等。
2017年3月10日，美國杜克大學搭建了基于動態超表面孔徑的SAR，并進行了2D和3D成像測試。該系統靈活、高效、價格便宜，生成的圖像質量不低于傳統合成孔徑雷達。