合成孔径雷达(SAR)作为微波遥感领域得到了广泛应用的前沿科技,在国民经济和军事侦察中发挥了重要作用。常规单通道SAR受体制约束,对于成像和微动估计的性能存在着严重局限,单发多收SAR的提出可以一定程度上缓解体制约束,然而其系统自由度为接收天线数目,因此单发多收SAR性能受雷达平台尺寸和载荷限制。多输入多输出(MIMO)SAR通过多天线收发的工作方式,可以获得远多于实际天线数目的等效观测通道,带来了新的机遇和挑战。本文针对MIMO SAR,重点对其波形设计、高分辨成像和微动参数估计技术展开研究。主要研究工作包括以下几个方面:针对MIMO SAR高分辨率成像对正交波形集高时宽带宽积、低峰均比、良好的相关特性和多普勒容忍性等的应用需求,提出了基于MIMO SAR广义模糊函数(GAF)的波形设计准则。针对子chirp组合波形,基于MIMO SAR GAF波形设计准则,分别利用遗传算法和利用混沌映射的波形设计方法。与文献中的方法相比,本文提出的两种方法,设计出的波形具有更好的MIMO SAR成像效果。针对沿航迹MIMO SAR方位向非均匀采样导致方位模糊的问题,首先建立了MIMO SAR方位向非均匀采样的信号模型,其次介绍了三类用于非均匀采样频谱重构的常规方法,分别为:基于滤波器组、基于空时自适应处理和基于周期性非均匀采样理论(PNUA)的重构方法,深入分析了三类方法的内在联系及其等效性。针对基于PNUA重构方法运算量大的缺点,提出了基于非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)的PNUA快速重构算法和基于基失配的PNUA快速重构算法,分析了方法性能,得出结论:基于NUFFT的方法计算精确但计算量仍较大,基于基失配的方法计算量大大减少但仅适用于采样非均匀程度较低的情况,并给出了不同应用条件下选取方法的策略。针对切航迹MIMO SAR给提高距离向分辨率带来新的机遇,基于波数移动原理,提出了两种MIMO SAR实现距离分辨率增强的方案。首先,针对切航迹多载频MIMO SAR,通过合适的系统参数设置,提出相同等效相位中心处多频带回波数据频域合成和不同相位中心的回波频谱搬移相结合的方法,得到更大带宽信号从而实现更高距离向分辨能力。其次,针对切航迹同载频MIMO SAR,当观测角度差异过大导致频谱偏移量超过信号带宽时,提出利用状态空间法进行频谱外推,得到大带宽信号从而提高距离向分辨。针对MIMO SAR微动参数估计的应用需求,分析了三维空间的振动和转动两类微动在MIMO SAR的微多普勒效应,针对已有的转动带来的微多普勒频率形式复杂难以实现微动参数估计问题,给出了可近似为单一余弦函数的公式推导。给出了MIMO SAR微动参数估计方法,并通过仿真实验分析了系统构型对微动参数估计的性能影响。