随着微波技术的发展和国家需求的提高，遥感观测中场景的三维信息变得日益重要。城区建筑的三维模型可以广泛应用于城市规划与管理、旅游业、建筑业、灾害评估与防治等多个方面，而山脉、湖海、盆地等野外地区的三维模型能够对国家的军事侦察、地图测绘、资源勘探、战略管理等方面提供重要的参考价值，仅具有二维分辨能力的常规SAR系统逐渐不能满足实际应用的需求。干涉合成孔径雷达技术(InSAR，Interferometric Synthetic Aperture Radar)的提出获得了广泛的应用，在二维成像的基础上，实现了对场景的高程测量。然而由于天线数目的限制，InSAR系统只能对场景进行高程测量，不具备高程向的分辨能力。阵列干涉SAR(Array InSAR)通过在交轨向布置多个天线，结合方位向的合成孔径和斜距向的大带宽信号，具备了三维分辨能力。其工作在侧视模式下，测绘范围更加宽广，在利用干涉技术生成观测场景DEM的同时，多个阵元保证了在高程向的空间采样，为解决侧视模式中存在的叠掩问题提供了可行性，实现观测场景的三维成像。因此，目前阵列干涉SAR三维成像技术逐渐成为国内外的研究热点，尤其对于城区三维测绘具有非常重大的应用价值。　　本论文从阵列干涉SAR的成像几何模型出发，研究阵列干涉SAR高精度三维成像技术，一方面分析阵列干涉SAR三维成像模型与系统性能指标分析，为三维成像算法搭建和实测数据处理提供理论支撑;另一方面从阵列干涉SAR超分辨成像算法、阵列干涉SAR三维成像干扰抑制研究和基于聚类分析的SAR三维点云处理这三个角度研究了阵列干涉SAR高精度三维成像所需的信号处理技术和理论方法，并以国内首次机载阵列干涉SAR三维观测实验作为基础，完成了实测数据的处理并给出了观测场景的三维成像结果，验证了阵列干涉SAR系统的三维成像能力。本论文的主要贡献如下:　　阵列干涉SAR模型搭建和系统指标性能分析　　对于阵列干涉SAR三维成像工作模式和成像原理进行了论述，分析了包括雷达参数、系统几何参数等对三维分辨率、三维模糊度和三维重建精度的影响，对阵列干涉SAR系统三维成像的基本要求进行了论证和分析，剖析了三维成像过程中实现高程向分辨和解决叠掩问题的本质原因，为阵列干涉SAR原理验证系统的搭建提供理论基础。　　阵列干涉SAR高程向超分辨成像方法　　针对观测场景高程向稀疏分布的特性，分析了经典谱估计算法以及压缩感知算法在阵列干涉SAR超分辨成像中的应用效果，介绍了三种经典谱估计算法和压缩感知理论的原理，并分别提出了基于矩阵重构的最大似然估计超分辨成像算法以及基于组稀疏的阵列干涉SAR超分辨成像方法。由于压缩感知技术在阵列干涉SAR高程向分辨中具有的优势，主要对后者进行了详细的仿真实验、性能分析。该算法利用组稀疏的特性，对SAR复数据实现了组稀疏模型的搭建，并建立了新的目标函数，通过最小化混合L1/L2范数的求解，加之稀疏度自适应估计和LARS算法的引入，大大提高高程向的超分辨能力和重建精度。高程向超分辨成像是整个三维成像流程中至关重要的一步，对于高质量三维点云的生成起着决定性的作用。　　阵列干涉SAR三维成像干扰抑制　　针对阵列干涉SAR三维成像中的干扰问题作了详细分析，这些干扰会导致三维点云的成像结果精度较差，有效散射点会淹没在噪声点和虚假目标里。具体的干扰分为以下两种:高程向超分辨成像中的虚假目标、噪声干扰以及城市观测中多径效应形成的虚假点目标。研究这些干扰的来源、形成原因和散射机制，并探究如何在三维成像过程中抑制以上干扰，乃至进一步利用多径效应的散射信息对建筑物楼梯形状的重建进行补充，是研究的重点。首先介绍了在高程向超分辨成像中的模型选择的理论，包括AIC、BIC、MDL准则等，提出了一种基于双向回归的改进AIC准则的稀疏度自适应估计方法，有效的抑制了噪声以及实现对虚假目标的准确判别;接着介绍了城市建筑物观测场景中多径效应主要是二次散射和四次散射的散射机制，研究了在阵列干涉SAR三维成像中多径效应对三维点云获取造成的干扰，并提出了一种基于点云法向量判定的阵列干涉SAR多径效应研究方法，有效地识别并剔除多径效应导致的散射干扰点。　　基于聚类分析的SAR三维点云处理　　针对原始三维点云的建筑物自动识别与提取问题，分析了基于LiDAR的常规三维点云处理手段，介绍了基于3D Hough变换的SAR三维点云处理方法。但是这些LiDAR点云处理的方法，并不特别适合SAR三维点云的处理，因此针对SAR三维点云的特点，并提出了基于高斯混合聚类的阵列干涉SAR三维成像方法，利用密度估计实现建筑区域的识别与提取，通过引入包含三维空间位置和幅度相位特性的特征向量，利用高斯混合聚类对点云进行分类，实现了三维点云的自动化处理和三维场景融合与拼接，能够获得建筑物更精确的结构特性和更完整的纹理信息和散射特性。　　机载阵列干涉SAR实测数据验证与处理　　目前国内外SAR三维成像技术主要围绕星载重轨多基线SAR，数据获取周期漫长，且主要针对高程向信号处理阶段进行研究，对三维成像干扰来源和三维点云后处理方面研究较少。本文利用中科院电子所机载阵列干涉SAR原理验证系统，通过外场实验获取的实测数据，综合了高程向超分辨成像、稀疏度自适应估计、多径效应剔除以及SAR三维点云后处理这几个阶段的处理方法，提出了一套完整的阵列干涉SAR高精度三维成像信号处理方案，从而进行了阵列干涉SAR三维成像处理，验证了其对城市区域的三维测绘能力，获得了观测场景真实的三维点云分布，并给出了不同观测区域不同建筑物的包含散射特性和纹理信息的三维成像结果，为国内阵列干涉SAR三维成像领域开启了新的发展方向。