圆周合成孔径雷达(Circular Synthetic Aperture Radar,CSAR)是一种轨迹特殊的SAR成像模式,其在成像过程中天线波束始终指向观测场景,同时所搭载的平台环绕观测场景作360°圆周或宽角度圆弧运动。CSAR模式的全方位观测可获得目标更多维度的散射信息。此外,观测方位角的增加展宽了目标方位频谱,从而获取得更高的图像分辨率,且具有一定的三维成像能力。高精度成像处理是CSAR发展的关键技术之一。与常规SAR相比,当前基于CSAR模式的成像处理技术还不够成熟,相关的高效率高精度成像算法、运动补偿方法和三维图像重构等技术研究仍然较少,面临着更多新问题和新挑战。本文结合工程实践应用,对机载CSAR的高分辨率二维/三维成像处理技术展开了深入的研究。主要工作可概括如下:1.分析了CSAR系统特性,主要包括成像几何、回波信号模型和空间分辨率特性,为后续的算法研究与系统研制奠定理论基础。基于点目标脉冲响应函数,推导了相干和非相干成像处理下的CSAR空间分辨率评估方法。与传统方法相比,所提分辨率评估方法更准确,实用性更好。2.针对CSAR数据量大、易受地形起伏误差影响等问题,研究了CSAR快速时域成像方法。具体工作为:(1)通过采取将CSAR数据进行分子孔径处理的方式,将适用于直线SAR的快速因式分解成像算法推广至CSAR机载数据实测处理中。(2)分析了地形起伏误差对CSAR成像的影响,并提出了结合CSAR快速时域成像算法的误差补偿方法。3.为了消减平台运动误差对成像聚焦的影响,研究了CSAR的自聚焦成像算法。具体工作为:(1)根据SAR实测数据特点,通过选取估计数据块和图像能量平衡,提出了改进的基于后向投影的自聚焦(Extended Autofocus Backprojection,EABP)算法,提高了相位误差估计的准确性和效率。(2)针对小型机载CSAR成像时间长,航迹测量精度差等特点,提出一种结合自聚焦处理的子孔径CSAR成像方法。该方法基于所提EABP自聚焦算法来处理子孔径回波数据,同时建立了链式图像匹配模型,减小了几何形变误差对子孔径图像累加的影响,提高了成像精度。4.在分析CSAR图像特性的基础上,提出了基于CSAR数据的三维图像重构方法。具体工作为:(1)为从图像中分割出待重构的目标,提出了一种基于多高度层图像融合的车辆目标检测方法,实现了观测场景中车辆目标的快速、准确分割。(2)提出了一种基于单基线单极化CSAR数据的车辆三维图像重构方法。该方法从非相干成像处理出发,基于车辆的二维图像提取车辆轮廓信息,然后利用“顶底平移”效应,推导计算轮廓散射点的高度信息,进而重构出车辆的三维轮廓图像。上述研究成果通过利用某低频机载CSAR系统实测数据和美国空军实验室提供的Gotcha实测数据得到了验证,充分证明了其正确性和有效性。本文取得的成果对开展机载CSAR高分辨率成像探测奠定了坚实的理论基础,并具有重要的实用价值。