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逆合成孔径雷达（Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR）具有全天时、全天候、远距离对目标观测的优势。ISAR系统得到观测目标的成像结果通常具有较高的分辨率,根据成像结果提取到的特征信息可以辅助完成后续自动目标识别（Automatic Target Recognition,ATR）过程,因此ISAR成像在民用和军事领域都具有重要的应用价值和发展前景。随着雷达工作体制的多功能化以及观测场景的复杂性,常用的相控阵雷达系统通常需要采用时间控制机制在一定时间内执行多个任务,即雷达波束需要在较短时间内不断在多个观测目标之间进行切换以完成雷达系统对它们的跟踪,识别,成像等任务。此外,针对性的干扰以及目标的复杂运动模式也会导致回波脉冲的丢失。因此,单个目标难以获得雷达波束长时间的连续照射,导致回波数据存在稀疏孔径（Sparse Aperture,SA）的情况。稀疏孔径观测条件下,由于回波间的相关性降低,传统的运动补偿方法效果不佳或者失效。对缺失回波直接补零并采用距离多普勒（Range Doppler,RD）算法进行成像会导致成像结果产生明显的横条干扰和散焦,不利于后续ATR处理和分类。其次,由于目标的姿态以及运动方式,在不同成像时刻和不同成像投影平面（Image Projection Plane,IPP）得到的ISAR图像会有所不同,也给ATR处理带来了困难。因此,针对稀疏孔径观测条件下的运动补偿与成像问题,本文利用最小熵理论,压缩感知理论,并引入空间谱估计技术,干涉ISAR（Interferometric ISAR,In ISAR）三维成像技术等,开展稀疏孔径观测条件下目标ISAR成像和In ISAR成像方法的研究,主要包括如下四个内容:1.为了处理稀疏孔径情况下的回波信号,本文首先建立稀疏孔径观测情况的信号模型,然后采用基于最小熵包络对齐方法和基于特征向量的相位校正方法实现对回波信号的运动补偿。进一步提出基于梯度下降的方法重构缺失部分的数据,从而完成稀疏孔径情况下的ISAR成像。最后通过仿真实验和实测数据验证所采用的算法可以有效地完成运动补偿和缺失数据恢复并得到较好的ISAR成像结果。2.针对于稀疏孔径观测条件下的ISAR成像问题,本文通过空间谱估计技术,提出基于两维酉矩阵束（Unitary Matrix Pencil,UMP）的方法对观测目标进行ISAR成像。首先采用盖氏圆盘（Gerschgorin disc estimator,GDE）方法估计观测目标上散射点的个数,采用UMP方法估计散射点的两维位置,并利用最小二乘（Lesat Squares,LS）方法估计散射点的幅度信息。根据估计得到的散射点位置信息和幅度信息映射到成像平面获得对应的ISAR图像。针对两维UMP方法计算量过大的问题,提出基于总体最小二乘旋转矢量不变（Total Least SquareEstimating Signal Parameter Via Rotational Invariance Technique,TLS-ESPRIT）方法对散射点的位置和幅度进行估计,最后通过仿真实验和实测数据验证所提算法在稀疏孔径的观测条件下可以得到较好的ISAR成像结果。3.针对稀疏孔径的回波数据缺失问题,本文根据压缩感知理论提出基于消息传递的稀疏孔径ISAR成像方法。首先,在稀疏信号模型的基础上给出信号的先验概率密度函数（Probability Density Function,PDF）和噪声的统计分布信息,然后采用Turbo框架对变量信息进行循环迭代并完成线性最小均方误差估计和后验估计。在迭代过程中采用期望最大化（Expectation maximization,EM）更新策略完成统计参数信息的更新。通过仿真实验和实测数据验证所提算法具有较好的聚焦成像质量,并对不同稀疏度的情况具有一定的鲁棒性。4.针对于相干处理时间（Coherent Processing Interval,CPI）一般较短和IPP不固定的问题,本文结合双基站配置和In ISAR成像技术,研究基于双基配置的稀疏孔径下舰船目标In ISAR三维成像方法。首先构建舰船目标的双基三维成像回波模型,并给出舰船目标上散射点的坐标变换依据,同时采用角运动补偿方法和相位解模糊处理对图像进行配准。针对于回波缺失的问题,采用基于交替方向乘子（Alternating Direction method of multipliers,ADMM）的方法进行数据恢复并完成In ISAR三维成像。考虑到傅里叶变换带来的主瓣展宽和高旁瓣的影响,采用基于空间变迹-多重正交最小二乘（Spatial Variant Apodization-Multiple Orthogonal Least Squares,S-MOLS）的方法完成数据恢复,同时压制旁瓣带来的影响,并完成In ISAR三维成像。通过实测数据验证了所提算法在稀疏观测下的信号重构性能,以及旁瓣压制效果。通过仿真数据验证了所提算法在稀疏观测下的舰船In ISAR三维成像效果。