地球静止轨道卫星具有大覆盖以及实时性等特点，可对灾害性天气现象的发生、发展和消亡进行有效监测，能弥补极轨气象卫星时效差的缺陷。微波探测相比可见光/红外探测具有更强的云雨穿透能力，可反演出整层大气的热力结构，从而极大提高气象卫星在云雨情况下对大气的探测能力。　　 地球同步轨道毫米波大气温度探测仪(GIMS)是一台综合孔径干涉成像辐射计，是根据我国风云四号微波星的实际应用需求提出的，目的是在静止轨道上对台风、暴雨、强对流等灾害性天气现象的形成、变化的动态过程进行实时观测。根据应用需求，中科院空间中心研制完成了国际上第一台全尺度星载原理样机。原理样机由8探测通道(50～56GHz)、28个天线/接收机单元组成，阵列直径为2.819米，最大基线长达520λ。本文基于GIMS原理样机系统，对其系统性能、系统误差以及定标方法等方面进行研究，并通过对不同类型目标进行成像试验，验证了系统成像能力、定标方法和成像算法的有效性。论文完成的主要研究内容如下：　　 首先，介绍了GIMS星载系统的总体设计方案及其原理样机的硬件设计特点。对GIMS的探测频率及天线阵列稀疏方案的选择做了详细的分析，并针对原理样机的天线阵列的基线长度分布、基线冗余数量及空间频率域覆盖情况进行分析。分析结果为：(a)天线阵列可构成118条不同长度基线，69％的基线存在冗余；(b)经过旋转一周后空间频率域的分布在一系列同心圆上。另外，通过对各单元天线的实测方向图数据进行分析比较，发现加工完成后的波纹喇叭天线在±9°范围内具有很好的旋转对称性，相同口径单元天线在主波束内一致性非常好。　　 其次，介绍了干涉式综合孔径辐射计的成像原理，结合基线的分布特点和单元天线的旋转对称性，推导出GIMS的可视度函数表达式，并对其主要性能--空间分辨率和系统灵敏度进行了分析。利用阵列因子对空间分辨率进行理论计算，并分析了加窗和空间去相关对空间分辨率的影响，分析结果为：(a)空间去相关会降低非视轴方向上的空间分辨率，且偏离视轴越远的方向，影响越大；但对于GIMS，在无混叠区域内，空间去相关的影响很小(≤0.0003°)；(b)加不同窗会导致空间分辨率不同程度降低。加窗在降低空间分辨率的同时会使系统灵敏度得到提高，验证了辐射计灵敏度与空间分辨率之间的互相制约关系。　　 再次，分析了GIMS原理样机中存在的主要误差源及其对系统误差的贡献。针对天线阵列特点，主要了分析天线位置误差、天线单元指向误差、阵列平面倾斜和旋转轴指向误差对系统误差的影响。分析结果为：(a)由安装精度引起的位置误差对系统误差影响很大，平面位置安装误差和偏离平面安装误差引入的系统误差分别为0.77K和0.39K，虽安装精度误差可以通过地面实测数据进行校正，但也应尽可能提高天线安装精度；(b)当阵列平面出现倾斜或旋转轴指向存在误差时，会引入位置误差和天线指向误差，对系统误差影响非常大。在接收机方面，主要分析中心频率偏移、带宽误差、正交误差及通道间的相位和群时延不一致等因素对系统误差的影响。结果表明：中心频率偏移和带宽误差的影响可以忽略；相位不一致和正交误差引入的系统误差分别为0.59K和0.11K，但相位不一致可通过冗余定标进行校正，正交误差可通过IQ自相关方法进行校正，降低二者的影响；而GIMS原理样机的群时延不一致为≤0.59ns，会引入较大的误差，且难以校正，因此群时延不一致是接收机的主要误差源。对于高速数字单元，采用三阶量化的误差虽然较大，但可通过查表法或近似式反演法进行校正，且残差很小；采样偏移虽然会引入去相关、相位误差和正交误差，但因I/Q检波后信号接近为基频，其影响不大；相比之下，量化门限误差对系统误差影响比较大，是高速数字单元的主要误差源。　　 然后，详细分析了适合于GIMS系统的三种定标方法：两点定标、冗余定标和IQ自相关方法，分别用于对幅度误差、相位误差及正交误差进行校正。GIMS中的两点定标与MIRAS中的二阶四点定标(two-level four-point calibration)方法类似；利用此方法对可视度函数幅度进行校正时，还需要考虑接收机的非线性对可视度函数的影响，以提高定标精度。对于自定标，则是利用定标天线与圆环上各天线构成等长基线，并通过对平坦目标或点源进行观测对各通道相位不一致性进行校正，天线阵列的平面位置误差可能会影响其定标精度，但由于天线偏离平面误差对测量值的影响特点，经过自定标后依然会存在一定残差。　　 最后，对多种复杂目标进行成像测试试验，成像结果清晰正确地反映出了目标的轮廓、细节特征，同时反映了目标与自然背景辐射和散射综合作用的信息，充分验证了GIMS原理样机的成像能力、定标方法和成像算法的有效性。