合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Ladar, SAL)作为合成孔径技术与激光雷达技术相结合的产物,以激光作为发射信号,利用大带宽激光信号和虚拟的合成孔径实现目标的超高分辨二维成像,成为远距离获得厘米级分辨率的唯一光学观测手段。近年来,SAL逐渐得到国内外研究人员的重视,并相继进行了一些机载试验,比如,2006年美国雷声公司及诺斯罗普-格鲁门公司分别成功演示了机载合成孔径激光雷达实验；在2011年,美国的洛克希德-马丁公司完成了机载合成孔径激光雷达系统的设计和样机制作,同时进行了飞行实验并取得了成功。该试验飞行高度为1.6km,对地成像的分辨率优于3.3cm。这些试验均表明了SAL在空间远程探测和高分辨率成像应用中具有巨大的潜力。合成孔径激光雷达作为合成孔径技术从微波波段到光波波段的延伸,它们的基本原理同合成孔径雷达基本相同,但是由于激光波长较微波波段小4个数量级以上,导致了二者在具体实现上又存在很大的区别。在走向具体应用的过程中也存在了很多问题。其中有两个问题亟待解决,第一是激光波长一般都在微米量级,导致激光光斑较小,影响了成像场景的幅宽；二是大带宽线性调频信号的调制与脉冲重复频率之间的矛盾将会导致方位信号的模糊。本文基于以上研究背景,对机载合成孔径成像激光雷达成像算法问题进行了探讨,利用概念分析、理论推导、数值仿真验证等对所提的合成孔径激光成像算法进行了分析与验证。文章的具体内容框架作如下安排：第一章为本文的绪论,首先对合成孔径技术的发展历程做了简单的梳理和回顾,然后介绍了合成孔径激光雷达的发展状况及现状,最后对本文的研究背景与意义进行了介绍。第二章对介绍了合成孔径激光雷达在系统成像过程中所需的基本理论知识,之后分析了合成孔径激光技术走向实际应用过程中的关键技术问题。第三章将合成孔径成像技术中常用的扫描模式引入合成孔径激光雷达成像技术中,并针对合成孔径激光雷达光斑脚印小成像范围小以及激光调制技术受限的问题,提出了一种SAL多通道扫描工作模式下的成像方法。采用多通道体制,以空间采样弥补时间采样的不足,并采用空域滤波方法解决了多普勒模糊的问题；通过控制波束指向,使其周期性的在不同子测绘带之间扫描来实现宽测绘带成像。针对扫描模式短孔径对宽场景成像易造成图像模糊的问题,采用谱分析(SPECAN)思想,将图像聚焦在方位频率域。第四章将合成孔径雷达中常用的宽场景测绘模式(Terrain Observation byProgressive Scans mode, TOPS)推广到SAL中,并针对SAL的信号特性,提出了一种适用的成像算法。首先,采用基于谱分析的方位预滤波方法,消除由于波束转动导致的方位信号模糊问题,获得信号无模糊的二维频谱；然后利用改进的频率变标算法(Frequency Scaling Algorithm, FSA)完成距离压缩及距离徙动校正,并校正平台连续运动引入的多普勒频移；最后结合Dechirp技术将信号聚焦在方位频域,获得无模糊的SAL图像,并保证了算法的效率。第五章基于合成孔径技术提出一种合成孔径激光三维成像雷达的工作模型,高度向采用线性调频信号的匹配滤波技术实现高分辨率,沿航向利用合成孔径技术频域压缩算法实现高分辨率,而在跨航向通过实孔径阵列实现高分辨率。第六章对全文的工作进行了梳理总结,并对合成孔径激光雷达下一步的研究提出了相应的建议。