合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨相干成像雷达,由于其不局限于光照条件,通过接收辐射回波对场景进行成像,因此具有全天时、全天候工作的特点,在军事侦察、地形测绘、环境监测以及灾害评估等方面得到广泛的应用。根据不同的应用需求,SAR成像算法发展出多种不同的数据处理方式,其中子孔径数据成像算法在实时成像处理系统中得到了大力推广。由于子孔径数据所需积累时间短,数据计算量小,使其在成像复杂度、成像效率以及运动补偿方面具有独特优势,因此将子孔径处理算法应用于并行高性能数字信号处理系统,即可实现对观测场景的快视实时成像。同时,为了对感兴趣场景高分辨成像进行详细观测,通过子图像数据的筛选和拼接融合即可实现。在上述处理过程中,成像算法的近似度、子孔径数据融合的相位相干性以及运动补偿操作的相位补偿精确度直接影响了整个系统的成像质量和图像拼接融合性能。因此本论文围绕该高分辨实时处理系统,研究合适的子孔径成像算法、孔径间拼接融合方法、相适应的高分辨运动补偿方法以及快速回波仿真方法。具体内容如下:1.针对高分辨SAR成像系统的实时性要求,提出了一种基于方位谱重采样的子孔径SAR斜视成像改进Omega-K算法。由于Omega-K类算法能够通过Stolt插值或扩展Stolt插值对信号二维波数谱进行均匀采样,从而基本无近似的实现空变距离单元徙动(RCM)的校正,在原理上是完全精确的。并且对于成像的实时性要求,可以通过使用非均匀傅里叶变换(NUFFT)的方法来代替计算量较大的插值操作。为了使之适用于斜视模式的子孔径数据成像,通过分析斜视波数谱支撑区的斜拉特性,结合坐标旋转及方位谱重采样的方法实现波数谱的“正侧化”,这样简化了传统斜视二维波数谱的表达式,并扩大了支撑区的可用面积,改善成像质量。对于子孔径数据在方位空间域的支撑区较短的问题,这里通过扩展Stolt插值将方位向与距离向解耦合,并分离方位聚焦项,最后实现距离向空间位置域聚焦,方位向波数域聚焦的成像方法,避免了传统方位空间域聚焦方法为了弥补过短的方位向支撑区而进行的大量补零操作。2.以改进的Omega-K子孔径成像算法为基础,分析各子孔径间的相干性关系,提出一种通过子图像拼接融合实现高分辨成像的处理方法。为了实现高速并行处理,各子孔径数据成像过程则需基本独立,因此孔径间数据存在一定的差异性,其中包括了目标成像坐标的差异以及相干相位的差异。在融合叠加前,首先需要对各子孔径数据构造位置补偿函数并相乘,将同一目标在不同子孔径坐标中的位置进行统一。对于相干相位的差异,在对各子孔径数据补偿常数相位后,通过坐标系全局化操作,一方面消除孔径位置依赖相位,另一方面将空间域支撑区置于各自正确的区间位置,相干叠加后融合为扩展的空间域支撑区,以此便提高了成像目标的方位分辨率。该方法由于可以自由选取并进行子图像数据叠加实现感兴趣区域的高分辨观测,因此具有更高的自由度和灵活性。3.由于高分辨成像系统对误差的敏感性,提出了针对航向误差的改进角度修正SATA补偿方法以及针对于垂直航向误差的MET-WD毫米波空变误差补偿算法。由于沿航向误差会导致方位向波数谱发生偏移,使得理想的时频映射关系精确度降低,产生的相位误差无法满足毫米波成像的需求。因此,通过对时频映射关系中引入一个瞬时斜视角的修正量来提高映射关系的准确度,再结合分子孔径的SATA算法,实现孔径依赖的航向误差补偿。在垂直于航向误差方面,为了解决传统的TSA在第一步补偿后较大的剩余误差带来的“鬼影”、分辨率下降以及非系统距离单元徙动(NsRCM)等问题,提出一种基于运动误差转移(MET)的毫米波空变误差补偿算法,通过误差的等效映射补偿,该算法在二维波数谱操作之前便完成了距离非空变误差、距离空变误差以及部分孔径依赖误差的补偿,大大削弱了二维波数谱受剩余误差的影响。为了进一步适应毫米波系统成像要求,在完成距离单元徙动校正(RCMC)操作后,利用WD方法波数域分割子块,并通过空间位置与波数谱的映射关系,对剩余孔径依赖误差进行补偿。4.以扩展Omega-K算法为基础,提出了一种基于分波束逆向运动误差恢复以及逆向扩展Stolt插值技术的回波数据仿真方法。Stolt类插值能够精确无近似的实现RCM的校正过程,基于该过程的逆过程,开发了一种基于逆向扩展Stolt插值的RCM恢复方法,与此同时通过逆向运动误差恢复技术,在分离的方位相位中引入了合适的运动误差。对于误差的孔径依赖特性,在误差恢复过程中利用分波束的方法,在波数域分割子数据单独进行误差恢复,接着再进行叠加得到完整的具有孔径依赖误差的仿真回波。整个算法既具有接近时域类算法对RCM及运动误差恢复的精确性,又保留了频域类算法的高效性。