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多输入多输出合成孔径雷达(Multiple-Input Multiple-Output SyntheticAperture Radar, MIMO-SAR)是一种结合了MIMO技术与SAR技术优点的新体制成像雷达。MIMO-SAR能够在不显著增加收发通道数量的前提下，获得远多于实际通道数目的等效观测通道，大幅提高系统的自由度(Degree of Freedom，DOF)，全面提升SAR系统的功能与性能，在军事侦察、地形测绘等诸多领域中均具有广泛的应用需求和巨大的应用潜力。 MIMO-SAR的体制优势能够得以发挥的前提是通过正交信号的复用与分离，对系统的自由度资源进行充分利用。然而，已见公开报导的MIMO-SAR系统实验却未能取得理想的结果，究其原因，信号技术研究的不完善从根本上制约了MIMO-SAR的实现。首先，现有信号研究未能充分利用系统的方位向自由度，在高分辨率宽测绘带成像应用中正交性能不足;其次，对于调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)体制SAR而言，现有正交信号在该体制下几乎全部失效，如何结合系统自由度，设计与处理FMCW正交信号是亟待研究的问题。 本论文针对上述两个问题，重点围绕MIMO-SAR信号设计与成像处理技术开展研究，为利用MIMO-SAR的体制优势，突破传统单通道SAR的瓶颈问题提供理论支撑。论文的主要贡献如下: 1.系统分析了利用MIMO-SAR提升系统功率孔径积所能解决的瓶颈问题:突破高分辨率宽测绘带成像的制约;突破连续波体制SAR收发隔离性能的限制。建立了MIMO-SAR信号模型，分析得出信号的正交性是实现其体制优势的前提与核心问题，给出了适用于MIMO-SAR的信号正交性准则，为信号设计与成像处理方法的研究提供了理论依据; 2.针对高分辨率宽测绘带成像的问题，开展了利用方位向自由度进行正交信号设计的研究。提出了一种基于方位向离散周期相位编码的MIMO-SAR信号设计方法，给出了基于该编码的MIMO-SAR多通道回波相互正交的条件，并研究了唯一解不能被满足时的次优参数优化设计问题，提出了不同系统参数下的发射编码设计方法。该编码解决了现有方位向相位调制信号经多通道接收后正交性被破坏或无法实现分离的问题，且对MIMO-SAR系统误差具有良好的鲁棒性。 3.针对基于方位向离散周期相位编码的MIMO-SAR回波重建问题，开展了多通道联合处理方法的研究。给出了通过弃置方位采样数据在任意参数下恢复回波正交性的方案，并对其中的多通道非均匀采样问题，提出了一种利用重构滤波器组两次重建实现MIMO-SAR回波均匀采样的方法，设计了完整的MIMO-SAR成像处理方案，并利用综合仿真实验与MIMO-SAR飞行实验进行了验证。该方法能够充分利用系统的接收自由度，其正交性能只受到系统等效PRF的约束，能够在欠采样的条件下实现正交回波的分离，适用于高分辨率宽测绘带成像。 4.针对利用分布式平台实现FMCW体制高分辨率成像的问题，开展了方位向与距离向自由度相结合的正交信号设计与处理方法研究。提出了一种利用方位向编队实现频带合成的方案，通过差频复用构成FMCW正交信号，并基于交叉接收的平台构型，提出了FMCW信号的频带合成方法，研究了过渡带能量对方法性能的影响，给出了一种利用两路方位向离散周期相位编码对过渡带能量进行抑制的方案。该方法能够在增大功率孔径积的同时，通过空间传播衰减直达波，提升收发隔离性能，从而能够提高FMCW SAR的高信噪比、高分辨率成像能力。 本论文的研究成果为充分利用MIMO-SAR的系统自由度、突破传统单通道SAR系统的瓶颈问题提供了理论依据，对MIMO-SAR的实际应用具有参考价值。