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地球同步轨道合成孔径雷达(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar, GEO SAR)是一种将SAR有效载荷放置在地球同步轨道卫星上的主动式遥感传感器。与传统低轨SAR相比,具有重访周期短、测绘面积宽以及可视范围广等优势,应用前景非常广阔。鉴于此,本文将在详细分析GEO SAR的系统特性的基础上,借鉴传统星载SAR的研究方法与成果,对GEO SAR的信号建模以及成像技术进行理论性地探索与研究。主要工作如下：第一,对于GEO SAR系统特性,本文以空间六坐标系为基础,分析了GEO SAR系统的特点；并详细研究了GEO SAR的多普勒特性,推导出GEO SAR多普勒中心频率以及调频斜率的表达式。第二,对于GEO SAR信号建模,本文重点研究了系统的距离模型。以真实距离历史为参考,从不同的角度出发,给出四种适用于GEO SAR成像处理的距离模型；并对比分析不同距离模型的误差大小,总结不同距离模型的异同,以指导GEO SAR的信号建模,进而为成像处理提供理论依据。第三,对于GEO SAR成像处理,本文以多项式距离模型和改进的斜视距离模型为着眼点,重点研究了GEO SAR频域的成像算法：1、研究基于多项式距离模型的GEO SAR三种成像算法。采用级数反演的方法(method of series reversion, MSR)推导出基于多项式距离模型的二维频谱,并设计GEO SAR的RD (Range-Doppler)和CS (Chirp-Scaling)成像算法。给出一种改进的MSR频谱形式,并提出适用于GEO SAR成像处理的ωK (Omega-K)算法。仿真实验验证了多项式距离模型及三种成像算法的有效性。2、在偏航控制条件下,研究基于改进的斜视距离模型的GEO SAR三种成像算法。针对改进的斜视距离模型的特点,本文分别推导了该距离模型基于驻定相位原理(Principle of Stationary Phase, POSP)和基于MSR的二维频谱,比较了两种频谱模型的精度,并在此基础上,结合SAR经典的频域成像算法原理,在偏航控制条件下,提出基于改进的斜视距离模型GEO SAR的RD算法、CS算法以及Omega-K算法。仿真实验显示三种成像算法均能获得良好聚焦,验证了算法的有效性。