孔径编码成像是一种新体制的实孔径微波成像技术。毫米波孔径编码成像借鉴了微波关联成像和光学孔径编码成像的基本原理,通过不同频率的电磁波激励超材料天线或随机掩模等编码天线,改变场景区域散射场空间幅相分布来实现高分辨成像。具有高分辨、高帧率等优势,是实孔径雷达成像技术的重要发展趋势之一。光学孔径编码为光场调制,思想应用于雷达领域即为天线方向图调制。孔径编码成像理论以实现电磁波方向图和波前空间随机调制为目的。借鉴微波关联成像思想,孔径编码方法在探测区域内形成时空二维随机分布的辐射场,空间辐射场即为成像理论中的感知矩阵,又名稀疏字典等。多样化的照射模式作用于场景空间,回波探测器就可接收丰富自由度的携带目标几何特征的回波,照射模式越丰富,在有限测量次数下超分辨成像的潜力就越大,将大大降低成像对雷达与目标相对运动的依赖。孔径编码包括两个主要的组成部分,分别是编码孔径设计和回波信号处理算法。采用计算成像技术对单通道探测的回波信号进行处理以重构场景或者目标的三维微波图像。孔径编码体制雷达在导弹导引头前视成像、无人平台环境感知、行星探测器环境感知等方面有广泛的应用前景。本文主要研究内容是孔径编码体制雷达的成像模型构造、二维成像仿真、回波处理算法的硬件实现,不对编码孔径设计做过多研究,文中压缩感知算法选择TwIST和OMP。文章内容简介如下,介绍孔径编码成像的理论基础,体现孔径编码方法在雷达成像领域的重要意义,孔径编码雷达的方向图特性论文采用相控阵进行模拟。利用回波信号重构目标散射中心是一个病态的求逆过程,借助于压缩感知理论,使用正则化方法和稀疏重构算法实现此过程。在上述研究基础上,利用本文构造的稀疏字典进行二维成像仿真实验。超材料孔径成像雷达作为孔径编码体制雷达的重要实现方式,本文利用实测超材料天线方向图直接对场景目标进行二维成像,验证其成像机理。针对孔径编码雷达数据量大、矩阵维度大导致成像算法运行时间长、计算量大的技术难题,论文设计了基于FPGA的TwIST算法的快速实现方法。使用Xilinx公司的VC709板卡完成孔径编码雷达回波处理算法(TwIST)的FPGA实现,使算法的运行效率相对PC机提升显著,实现了对回波处理算法的并行加速,迈出了成像理论向工程实现的重要一步。并进行了二维(方位-俯仰维)孔径编码雷达硬件仿真,能够得到可接受重构结果,直接验证了Verilog程序设计的正确性和合理性。