合成孔径雷达(SAR)成像以其超远视距、夜间工作、穿云透雾等特性,以及对空间、辐射的高分辨能力,而一直受到国内外学者的深入研究。由于具有实现简单、运算量低、成像效率高以及便于结合基于回波数据的运动补偿算法等优点,SAR频域成像算法是工程应用的首选。相比于传统算法,高机动平台曲线轨迹SAR频域成像算法必须具备高精度、高实时、强适应等特性,这使得常规算法不再满足应用需求。本文以高机动平台SAR成像技术应用需求与发展前景为目的,针对高机动平台曲线轨迹SAR频域成像中的成像模型建立、参数优化设计、空变校正、斜地转换、运动补偿等关键问题展开研究,提出以“高次相位滤波频域聚焦-三级运动补偿-快速斜地转换”为核心的改进高机动平台曲线轨迹SAR频域实时成像算法。论文的主要内容概括为以下四个部分:第二章:首先通过SAR成像几何构型,并结合高机动平台运动特性,建立了通用化斜距模型与子孔径SAR成像模型;同时,讨论了传统“一步一停”近似模型对于高机动平台的适用性,并推导出近似条件不成立时的补偿方法。最后,本章分析了高机动平台曲线轨迹特性、SAR回波信号时频特性以及大加速度对SAR信号的影响,并通过数学仿真数据处理实验,验证了所提成像模型的正确性。第三章:首先依据高机动平台运动特性与成像模型,详细分析了SAR波束覆盖区特性,并给出了高场景利用率的SAR图像幅宽与图像中心设计方法。通过建立与分析工作时序约束模型,给出了高机动平台曲线轨迹SAR脉冲重复频率设计方法,讨论了重频过高而不利于工程应用时的解决方法,研究了弹下点回波对重频设计的影响以及抑制方法。通过分析SAR地距平面二维分辨特性,建立了地距平面分辨椭圆模型,据此推导出地距平面任意方向分辨率的解析解,并给出了通用化高机动平台曲线轨迹SAR信号带宽与合成孔径时间的最优化设计方法。最后,通过数学仿真数据处理实验验证了所提方法的正确性与适用性。第四章:针对高机动平台大斜视宽幅高分辨SAR成像中存在严重的方位空变,而传统频域成像算法聚焦深度小,无法满足应用需求的问题,本章通过在方位频域构建高次相位匹配滤波器,补偿方位空变相位,再结合成像效率最高的SPECAN算法,实现方位频域统一聚焦处理,提高了聚焦精度、聚焦深度与成像效率。针对传统斜地转换算法运算量大、实时性低的缺点,本章借鉴BP成像算法,采用“点对点”后向投影与局部二维联合插值的方法,实现快速斜地转换。最后,通过数学仿真数据处理实验,验证了所提算法的正确性与适用性。第五章:研究了改进三级运动补偿方法:基于INS测量数据的运动补偿、基于多普勒参数估计的运动补偿以及基于快速相位梯度自聚焦(FWPGA)的运动补偿算法。首先利用INS测量数据完成大部分非空变与距离空变包络误差、非空变与距离空变相位误差、大部分姿态误差的补偿;再基于多普勒中心估计与多普勒调频率估计完成残余非空变与距离空变包络误差、二阶以内非空变与空变相位误差、姿态误差的补偿;经过上述两级运动补偿,包络误差已经得到良好校正,第三步基于强适应、高精度、高实时的FWPGA算法,完成残余任意形式的非空变与距离空变相位误差的补偿。最终实现高机动平台曲线轨迹SAR运动误差的高精度实时补偿,提高了SAR图像的聚焦质量。最后,通过数学仿真与外场实测数据处理实验验证了所提算法的正确性与适用性。