三维合成孔径雷达(3-D SAR)通过波传播方向的脉冲压缩、雷达平台运动形成的方位向合成孔径、实孔径或多次航过构成切航迹向孔径的方式对成像场景进行三维观测，经过三维成像处理能够获得成像目标的三维位置和散射特性，具有三维分辨能力。由于实孔径长度较短或阵元数目有限、多次航过数据获取成本较高以及航迹难以精确控制等因素，三维SAR的切航迹向通常存在孔径有限以及稀疏非均匀采样问题，造成了三维SAR切航迹向的分辨率较低。本文在现有的三维SAR成像理论基础上，利用先进的稀疏信号处理理论和方法对三维SAR切航迹向的高分辨率成像问题开展研究，重点研究了阵列下视3-D SAR跨航向和多基线圆迹SAR高程向在稀疏采样情况下的成像模型和成像方法，并通过仿真实验和实际实验数据对成像算法了进行验证。具体研究内容如下:　　1、从稀疏信号处理方法的原理和稀疏重构条件出发，分析了稀疏信号与离散网格存在偏差带来的网格偏离问题(off-grid)及其对重构效果的影响。针对现有的解决网格偏离问题的稀疏信号处理方法，为了提高分辨率、重构精度和重构稳定性，推导给出了权重原子范数最小化算法的一般表达式，该算法在连续空间对稀疏信号进行重构、避免了网格偏离问题，通过自适应更新的权重因子迭代优化稀疏重构的结果;提出了基于最大似然准则的权重无网格稀疏参数化算法，该算法能够在快拍数较少或信噪比较差的情况下减少虚假重构的目标数目、提高目标的重构精度。　　2、针对阵列下视3-D SAR和多基线圆迹SAR这两种典型的三维SAR成像模式，分析了常规成像方法存在的问题，推导了稀疏非均匀采样下的成像模型;从三维SAR的成像几何和回波信号模型出发，构建了三维SAR切航迹向重构的统一模型，该模型可用于不同孔径形式的三维SAR切航迹向重构描述;分析了三维SAR观测场景的稀疏性，研究了谱估计算法和压缩感知算法用于三维SAR切航迹向重构时存在的问题。　　3、针对阵列下视3-D SAR跨航向的等效相位中心稀疏非均匀采样问题，提出了两种基于观测矩阵互相关性的等效相位中心优化布局方法，能够在相同的等效相位中心数目情况下，提高目标的重构精度。针对离散压缩感知算法存在的网格偏离问题对跨航向成像的影响，提出了一种将伪极坐标变换方法和无网格的稀疏信号处理算法结合的阵列下视3-D SAR成像算法，算法能够获得跨航向高分辨率、无网格偏离问题的重构效果。仿真实验和实际实验数据验证了成像算法的有效性。　　4、针对多基线圆迹SAR在高程向基线稀疏非均匀分布情况的成像问题，分析了针对各向异性散射目标的成像方法，提出了一种将自适应孔径算法和off-grid稀疏贝叶斯压缩感知算法结合的多基线圆迹SAR成像算法，算法既能较好地获取目标的方位向散射特性，又能避免高程向稀疏重构的网格偏离问题，通过微波暗室实验数据和机载数据对算法进行了验证，实验表明该算法能够获得较多的目标细节和较好的成像效果。