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基于导航卫星的星地双基地差分干涉合成孔径雷达(Global Navigation Satellite System based Bistatic Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar,GNSSBi DIn SAR)是利用导航卫星作为外辐射源,近地面配置接收机,通过对重轨SAR图像序列进行差分干涉处理实现监测区域形变反演的新型雷达系统。该类系统的发射端数目多、波束宽、重访周期短、接收端设备简单,因而具有发射信号时空连续覆盖、便于干涉、部署灵活以及低成本的特点,在进行局部区域的连续形变监测方面具有巨大的潜力。在导航卫星Bi SAR系统的应用过程中,主要存在以下问题:(1)导航卫星位于中高轨道,角速度非常低,为达到一定的方位向分辨率需要较长的积累时间,使得时频同步处理耗时长,影响实际应用。形变反演需要大量图像序列,更增加了同步处理的数据量。同时,实际环境中的干扰信号将造成距离徙动曲线的位置误差,从而影响时频同步处理;(2)导航卫星与遥感SAR卫星在发射功率、信号带宽等方面存在较大差异,因而其图像质量较差,图像解译较为困难,影响该系统的信息获取能力;(3)导航卫星没有精确重轨的需求,因而其轨道调整周期较长,在摄动力的影响下其重轨时形成的空间基线在长时间内持续增大。由于干涉相位与目标高程和空间基线的乘积有关,因此目标高程误差将严重影响形变反演精度。同时形变反演精度受到时空变的大气相位等多种误差源的影响。本文以基于导航卫星的星地双基地SAR为研究对象,针对上述难点,在信号的快速时频同步处理、图像序列融合以及形变反演三方面开展了深入研究,取得的创新性研究成果如下:(1)干扰下的导航卫星Bi SAR快速时频同步方法研究针对传统方法处理效率较低以及未考虑干扰影响的问题,提出了基于慢时间跳跃式脉压和虚拟复信号的鲁棒快速时频同步算法。首先通过慢时间跳跃式直达波脉压快速获取方位向降采样后的原始距离徙动曲线;然后针对干扰信号影响曲线位置的问题,提出了基于虚拟复信号的曲线恢复方法,利用曲线位置作为虚拟相位构造复信号,通过频谱分析、低阶项移除和曲线位置统计,实现高质量点位置的提取,通过插值完成干扰中的徙动曲线恢复;最后以该位置作为参考,对回波数据进行分块并行处理,实现快速时频同步。利用北斗2导航卫星作为照射源开展了实测实验,对点目标和实际场景下的回波数据进行处理,验证了方法的有效性。(2)导航卫星Bi SAR图像序列融合方法研究针对导航卫星Bi SAR图像信噪比低的问题,提出了基于相干化处理的导航卫星Bi SAR重轨图像融合方法。利用相邻次重轨的图像之间良好的相干性,通过干涉处理、相位滤波和相邻相位的累加实现相干补偿相位信息的传递,实现任意两幅重轨图像之间的相干补偿相位的估计,从而实现重轨图像序列的相干化处理。实测数据处理结果表明,该方法能够显著提高信噪比。针对单角度图像信息获取能力有限的问题,提出了基于角度域的导航卫星Bi SAR多角度图像融合方法。利用不同角度下获取的回波数据,通过对同一场景划分统一网格进行双基地SAR成像处理获得多角度图像序列,对图像幅度进行叠加实现图像融合。实测数据处理结果表明,该方法能够显著改善图像质量,融合后形成了目标连续轮廓,有效降低了图像解译难度。(3)基于导航卫星的双基地差分干涉SAR形变反演方法研究针对导航卫星的重轨空间基线持续增大影响形变监测精度的问题,根据重轨位置的周期性摄动特点,提出了利用长基线干涉图序列实现高程反演、短基线干涉图序列实现形变监测、多卫星切换改善形变量时间分辨率的总体监测方案。其中,针对非对称双基地SAR高程反演问题,提出了基于近似加权最小二乘估计的多基线干涉SAR高程反演方法,利用干涉相位的协方差矩阵对角线元素代替协方差矩阵对干涉方程进行加权,实现高程近似值的快速求解,在近似值处对干涉相位求导实现干涉方程组的线性化,迭代实现高程的加权最小二乘估计;针对残余大气相位以及接收机通道相位差影响形变反演精度的问题,提出了基于广义最小二乘估计的残余折射率差、通道相位差和形变量的联合估计方法。开展了导航卫星重轨实验,通过实测数据处理验证了方法的有效性。在研究过程中,利用基于导航信号的多通道实验系统,在不同地点开展了长期的实验方案设计、数据采集以及处理工作,对上述方法进行了充分验证。