八十年代以来，为改善微波辐射计性能，人们将射电天文观测中的孔径综合技术引入到微波辐射计设计中，开始了综合孔径辐射计的研究。综合孔径辐射计利用孔径综合原理在空间频率域中采样，通过傅立叶变换或其他数学变换获取反演亮温图像。利用该技术，综合孔径辐射计的天线结构得到有效的稀疏，解决了原有辐射计在空间分辨率与天线物理尺寸间的固有矛盾。如何有效的稀疏天线阵，从而使天线单元的排布最优是综合孔径辐射计设计中需要首先解决的问题。在一维天线阵设计的基础上，本文利用模拟退火算法给出了两种最小冗余二维圆环天线阵的结构设计方案，一种方案利用天线旋转，在半圆周内稀疏天线；另一种方案通过将空间频率采样点的均匀分布作为优化的约束条件，在全圆周上使天线单元分布达到最优。本文还对孔径综合的两项关键技术，即空间频率采样（或称为“基线组合” ）和反演成像算法作了详细分析。通过数值模拟完成了一维和二维情况下多种空间频率采样的机理论证，通过对西安市闫良机载实验数据的处理分析，有力的说明了孔径综合理论的有效性。