传统的雷达成像系统主要包括实孔径成像系统和合成孔径成像系统,但二者都有各自的缺陷,其中实孔径成像系统的性能受制于孔径的大小;合成孔径成像系统的性能受制于目标与雷达的相对运动。因此,亟需一种新的雷达成像体制,能够在凝视的成像几何条件下实现波束内成像。启发于光学中的孔径编码思想,微波频段的孔径编码成像也逐渐走进人们的视野,其通过差异性的探测信号获取目标分布信息,实现了凝视观测条件的微波成像。近年来快速发展的微波超材料为实现微波频段的孔径编码成像提供了新的途径,通过数字控制可以实时调控可编程超材料天线的电磁响应特性,从而调控电磁波的幅相分布,产生不同测量模式的探测信号。本文从孔径编码成像的原理出发,分析了可编程超材料天线的基本特性,优化了其产生的辐射场,研究设计了馈源波形并提出了孔径编码频域成像的处理方法,还对实际中可能出现的几种误差进行了分析,为孔径编码成像的实际应用提供了理论基础。孔径编码成像的实现基础在于差异性分布的探测信号,而可编程超材料因其灵活的电磁波操控能力成为实现孔径编码成像的理想平台。本文首先建立了孔径编码成像的数学模型,又从可编程超材料的特性入手,通过数学模型中参考矩阵的有效秩和平均列相关系数,分析其产生的随机辐射场的非相干性,并利用以上两个量化指标对可编程超材料天线的编码策略和阵元间距进行了优化,使其产生性能优良的探测信号。雷达的信号形式是影响雷达性能的重要因素,可编程超材料天线在应用时需要馈源信号的激励,因此馈源信号的波形对成像的性能也有着重要的影响。本文第三章首先分析了单频信号作为馈源时的成像结果以及噪声对成像的影响;然后以单频信号为基础,通过随机跳频信号研究得到了信号带宽的增加能提高有效测量模式数量,改善成像质量的结论;最后研究了线性调频信号作为馈源时的信号处理方法,将解线频调脉冲压缩技术和孔径编码成像技术相结合,提出了一种孔径编码频域成像方法,仿真结果显示,该方法能显著提高低信噪比条件下的孔径编码成像质量,同时该方法能对不同距离成像平面的目标并行解算,实现高效率的三维目标成像。雷达系统在实际应用中不可避免地要面对各种各样的误差,误差的存在会影响雷达的实际工作性能。本文第四章主要针对应用可编程超材料实现孔径编码成像过程中可能出现的三种误差进行了分析,包括相位调制误差、成像平面划分距离误差、接收回波相位误差。随后针对接收回波相位误差,提出通过相位恢复算法对误差进行校正,再利用重构算法对目标实现成像的联合处理方法,仿真结果表明该联合处理方法能在接收回波存在相位误差时获得较好的成像效果。基于可编程超材料的孔径编码成像技术体现了成像雷达软件化、智能化的发展趋势,本文最后对全文进行了总结并提出了后续更加深入的研究方向。