合成孔径雷达(SAR)是现代遥感领域的一项重要技术,相比光学和红外遥感,SAR能够全天时、全天候、远距离地对目标进行高分辨率成像,具有重要的军用和民用价值。SAR区别于其他雷达的最重要特征是其具有高分辨率特性,因而追求更高的分辨率始终是SAR成像不懈追求的目标。同时,随着SAR技术的不断发展,其应用领域也得到不断扩展,近年来,利用SAR对运动目标进行检测和成像也逐渐成为SAR领域的一个研究热点。成像算法是SAR信号处理的核心。在众多的SAR成像算法中,极坐标格式算法(PFA)因其在成像效率、补偿雷达平台非共面飞行和校正运动目标线性距离走动等方面的优异性能而备受重视。但是,经典的PFA存在波前弯曲近似,成像结果几何保真度和有效成像场景大小都受到一定限制。通过算法改进后,成像处理精度能够得到极大改善,但随着分辨率的进一步提高,已有的改进算法仍然无法满足成像精度要求,特别是在SAR超高分辨率成像和对图像几何精度要求非常高的拼接成像处理中(如条带SAR拼接成像、环视SAR拼接成像等),因此有必要对PFA做进一步的改进和完善。本文研究的目的是通过对原有改进的PFA做进一步改进和拓展,解决多平台、多模式、复杂运动条件下的高分辨率SAR成像问题。论文第一章绪论,回顾了SAR技术的发展历程,分析了国内外SAR超高分辨率成像和SAR/GMTI的研究现状,并介绍了本文的研究背景和主要工作。论文第二章对PFA算法进行了深入研究。首先简要介绍了PFA成像的原理,然后从距离徙动校正角度分析了极坐标格式转换过程,通过分析指出极坐标格式转换实质上可以分解为距离和方位两个尺度变换,其中方位尺度变换中包含一个keystone变换。利用极坐标格式转换的尺度变换机理,对基于chirp scaling原理的极坐标格式算法进行了新的解释。最后,针对以往PFA波前弯曲误差分析中由于对差分距离采用了二阶泰勒近似导致精度不能满足要求的问题,采用新的方法推导了更加精确的波前弯曲误差公式。论文第三章研究PFA波前弯曲补偿问题。首先,利用更加精确的波前弯曲误差公式,对已有的两种波前弯曲误差补偿算法(即基于子孔径处理的补偿算法和基于空变后处理的补偿算法)进行了改进,进一步增大了PFA的有效成像场景范围并改善了成像几何保真度。最后,从计算效率、波前弯曲误差补偿精度和对惯导精度要求等方面对两种算法进行了分析比较。论文第四章研究改进的PFA在多种模式SAR成像中的应用。提出了一种能够适应超高分辨率成像要求的自聚焦算法,并将其与改进的PFA算法结合,给出了一套能够满足大机动、大斜视条件下对大场景范围进行超高分辨率成像要求的信号处理流程。对于条带成像模式,基于上述区域聚束成像原理,提出了一套通过对相邻区域成像结果进行拼接成像的条带SAR信号处理流程。对于大机动条件下的环视SAR成像,首先推导得到了雷达平台俯冲飞行条件下的波前弯曲误差公式,并利用新的公式对原有改进PFA算法做了进一步的改进,然后将其应用于环视SAR信号处理,提出了一套大机动条件下的环视SAR成像信号处理流程。最后,通过实测数据处理验证了改进的PFA算法在多种模式SAR成像处理中的稳定成像能力。论文第五章研究SAR运动目标特性。首先,建立运动目标的SAR误差谱模型,然后推导了运动目标经过RMA和PFA处理后的误差谱表达式,在此基础上,通过对动目标误差谱的讨论,给出了这两种算法完整的动目标响应特征(包括目标几何定位、残留距离徙动和散焦特性)分析。最后,通过仿真数据处理对理论分析结果进行了验证。论文第六章研究三通道SAR/GMTI问题。利用PFA在完成对静止目标成像的同时还能自动校正所有运动目标线性距离走动的特点,提出了一种基于PFA的三通道SAR杂波抑制干涉仪算法,解决了高分辨率条件下运动目标越距离单元走动问题。同时,算法通过调整插值参数,将不同通道相位中心补偿结合在极坐标格式插值过程中,避免了杂波对消时的相位补偿过程。最后,通过仿真数据处理验证了算法的有效性。最后,结束语对全文的工作进行了总结,并指出了下一步需要继续研究的问题。