合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)能够对感兴趣的观测区域进行高分辨成像，其不受天时和天候的影响，广泛的在军事和民用领域中应用。随着SAR用户对运动目标信息获取需求的增长，地面运动目标指示已经成为SAR系统的一项重要功能，可以进一步提升SAR系统的运动目标信息感知能力。然而，由于探测环境的日益复杂，场景中必然将大量出现快速机动目标，如：道路上飞驰的车辆、战场上高机动性的武器装备、海面上快速机动的快艇等。这些快速机动目标具有高价值、高威胁等特点，对其探测成像在战场态势的评估、交通情况的监控和海面反恐等应用中具有重要意义。然而，快速机动目标的相对运动更加复杂。随之引起的散焦和多普勒模糊现象将更为严重和复杂。由于运动目标的非合作特性，使得运动目标聚焦处理更加困难，对SAR系统的探测成像提出了巨大挑战。为此，本文针对快速机动目标能量严重散焦，复杂的多普勒模糊造成聚焦困难，多维参数搜索计算复杂度过大影响算法实现等问题进行研究。主要研究工作总结如下：
　　一、针对运动目标严重的两维徙动和多普勒模糊，首先根据SAR和运动目标的相对运动模型，建立了运动目标的信号模型，并对该信号模型的特性进行了详细分析。基于此，提出了一种基于径向速度高效匹配的快速运动目标聚焦处理方法。该方法通过构造谱压缩函数避免了方位多普勒谱分裂的影响；随后，利用二阶Keystone变换(Second-Order Keystone Transform，SOKT)消除了距离弯曲徙动(Range Curvature Migration，RCM)后，通过径向速度高效匹配和吕氏分布变换完成了目标信号的参数估计；最后，获得了运动目标距离多普勒域的聚焦结果。理论分析与仿真结果表明，所提方法能够准确消除运动目标的距离徙动(Range Migration，RM)和线性多普勒频率徙动(Linear Doppler Frequency Migration，LDFM)；在多普勒模糊的情况下，也具有较好的聚焦性能；相比于传统的多维参数搜索方法，所提方法的计算复杂度大幅降低。仿真实验处理结果确认了所提方法的有效性。
　　二、针对传统的SOKT仅能消除RCM而LDFM依然存在的不足，提出了改进的SOKT(Modified SOKT，MSOKT)。该变换可以同时精确补偿RCM和LDFM，因此简化了聚焦处理步骤。随后，基于MSOKT，提出了一种快速运动目标聚焦处理方法。通过所提径向速度匹配函数消除了多普勒中心平移和距离走动徙动后，利用MSOKT同时消除了剩余的RCM和LDFM；最后，通过方位聚焦参考函数得到了距离和方位时域的聚焦结果。该方法能够精确消除RM和LDFM；通过距离和方位联合处理简化了算法步骤，且使用非均匀快速傅里叶变换(Non-Uniform Fast Fourier Transform，NUFFT)加速实现，因此所提算法具有较低的计算复杂度；相比于传统基于Keystone变换(Keystone Transform，KT)的方法，所提方法表现出更强的多普勒模糊容忍性。仿真分析和实测处理结果证实了所提算法的有效性。
　　三、针对快速机动目标的RM和多普勒频率徙动(Doppler Frequency Migration， DFM)更为复杂严重与方位多普勒谱分布更为复杂多样的问题，首先构建了快速机动目标的回波信号模型，并提出了一种高效的地面快速机动目标的聚焦方法。该方法不仅考虑了低阶RM和DFM，还考虑了高阶的二次RCM和二次DFM。对于多普勒模糊而言，所提方法不仅可以解决多普勒谱占据一个脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency，PRF)频带和两个PRF频带，甚至还可以解决占据多个PRF频带的问题。另外，通过改进的方位带宽压缩函数结合SOKT消除了所提RCM补偿函数失配的影响；同时，基于多目标交叉干扰特性的分析，提出了相应的交叉项鉴别程序消除了伪峰的影响。所提方法能够解决三阶相位的影响，具有较好的聚焦性能；引入两个常数因子扩大了所提方法的应用范围；由于可以使用快速傅里叶变换、快速逆傅里叶变换和NUFFT加速实现，所提方法具有较低的计算复杂度。仿真和实测数据处理结果验证了所提聚焦方法和交叉项鉴别程序的有效性。
　　四、针对第三部分所提方法使用场景参数与平台速度等先验信息进行近似补偿处理影响其应用于不同场景的不足。首先建立了广义三阶相位信号模型，该模型具有较广泛的适用性，不仅可以适用于SAR地面快速机动目标的聚焦处理，还适用于地基雷达高速高机动目标的聚焦处理。同时，在MSOKT的基础上，提出了改进的广义高阶KT变换(Modified Generalized High-Order KT，MGHOKT)，其适用于任意阶距离模型。该变换表现出更广泛的应用潜力。基于MGHOKT，提出了一种广义三阶距离模型机动目标的聚焦处理方法。所提方法能够精确补偿由广义三阶相位引起的高阶RM和DFM；可以同时处理多个目标，无须逐个目标进行多普勒模糊数搜索，且能够有效的识别多目标交叉干扰项；具有较强的复杂多普勒模糊容忍性，包括多普勒中心模糊和多普勒谱模糊；由于距离压缩后仅需要简单的两个处理步骤，因此所提方法计算复杂度较低。仿真分析和实测处理结果证实了所提方法的有效性。