窄带雷达目前在弹道导弹防御系统中主要用于远程目标的预警工作。相较于宽带雷达系统,窄带雷达系统在目标跟踪、探测距离、波段选取以及微多普勒特征提取等方面均具有优势。上世纪80年代以来,关于窄带雷达二维高分辨成像的研究逐渐开展,陆续出现了大角度观测下的静止目标层析成像技术和自旋目标的时频成像技术。高分辨窄带成像系统硬件更简单,功率消耗也更低,且窄带信号在目标探测距离上的优势也有助于目标的早发现、早识别。因此对于中段目标来说,利用其微动特性进行窄带雷达成像为中段目标成像和识别问题提供了新的技术手段。近年来,随着对中段目标散射特性的深入认识,已发展的窄带成像算法因某些非理想散射中心时频多普勒不再满足正弦形式假设而难以适用。为进一步提升窄带雷达在中段目标成像、特征反演、识别等方面的能力,拓展其在目标探测中的优势,本文以旋转对称体的典型中段目标为对象,构建了非理想散射中心进动时频多普勒解析模型,借助n维广义Radon变换及其逆变换等数学手段,重点研究基于进动时频特性和层析技术的两大类窄带雷达成像反演;并提出窄带雷达成像的平动补偿方法,使研究成果进一步贴近实用化。本文的研究内容可为中段目标的成像反演提供新的技术途径。第一章说明了课题的研究背景和意义,从层析成像技术手段和基于时频域的目标成像方法两方面介绍了窄带雷达目标成像反演技术的研究现状,并阐述了目标非理想散射特性和平动补偿技术的研究现状,总结了目前中段目标窄带雷达成像研究存在的主要问题,最后介绍本文的研究内容和组织结构。第二章为本文研究的基础工作,主要描述了中段目标的非理想散射现象,并建立了中段目标非理想散射中心的进动微多普勒模型,然后通过仿真实验分析中段目标非理想散射中心的微动特性,为下文基于中段目标非理想散射特性的窄带成像技术研究打下基础。第三章提出了基于时频域的CEMD-TFD-GRT(Complex-Valued Empirical Mode Decomposition-Time Frequency Distribution-General Radon Transform)窄带成像算法,解决了中段目标镜面散射现象对其他散射中心成像造成影响的问题。首先介绍了CEMD-TFD-GRT算法的成像原理,推导了理想散射中心和滑动型散射中心的成像坐标;然后分析了该算法的计算复杂度,并推导了散射中心坐标估计的克拉美罗界;最后通过暗室数据仿真实验验证了该算法在存在镜面散射现象时可以有效地对其他散射中心进行成像,并通过仿真分析了噪声对散射中心坐标估计的影响。第四章针对滑动型散射中心微多普勒曲线的非正弦特性,提出了一种基于时频域的中段目标尺寸反演方法。该方法建立在不同类型散射中心微多普勒解析模型的基础上,首先通过复数经验模态分解(Complex-Valued Empirical Mode Decomposition,CEMD)算法对各散射中心时频曲线进行分离,然后根据各分量时频曲线偏离正弦形式的程度来判断散射中心类型是理想型还是滑动型;最后根据各类型散射中心微多普勒曲线解析解与目标尺寸之间的关系对目标尺寸参数进行估计;实测数据仿真实验验证了该方法的有效性,并通过仿真分析了运动参数估计误差和噪声对目标尺寸估计结果的影响。第五章研究了基于信号域的中段目标窄带复数后向投影成像方法。首先分析了中段目标非理想散射特性对二维复数后向投影成像的影响,给出了中段目标复数后向投影成像的图像定标方法;然后对基于正弦相位匹配的窄带复数后向投影算法进行了改进,提出了基于滑动型散射中心的复数后向投影三维成像方法,该方法是在目标本体坐标系中进行成像,不仅可以直观地提供目标的三维结构信息,而且无需再对图像进行定标。仿真分析中给出了仿真数据和暗室数据的实验结果,验证了算法的有效性。第六章对窄带雷达精确平动补偿技术进行了研究,提出了基于目标多普勒频谱的残余平动分量补偿方法。首先分析了平动粗补偿(距离或速度补偿)误差带来的残余平动分量对窄带成像的影响;然后给出了基于多普勒频谱的平动补偿方法的步骤,该方法联合Viterbi算法和经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)算法,通过估计目标特显点瞬时频率并提取平动多普勒频率分量,恢复出待补偿的残余平动相位,然后对回波相位进行补偿,只保留回波信号中的微动信息进行窄带成像。最后通过仿真实验验证了该方法的有效性。相较于参数化的平动补偿方法,该方法具有补偿精度高、计算量小等优势。第七章总结论文的研究工作,归纳创新点,指出了本文研究的不足之处,并对后续工作进行展望。