随着雷达成像技术应用领域的扩大,通过更高分辨率的目标图像获取目标更为细节的信息成为一种需求。相干激光技术与合成孔径技术相结合的产物——合成孔径成像激光雷达(Synthetic Aperture Imaging Lidar,SAIL)为这种需求提供了一种理想的解决方案。SAIL作为一种新型主动遥感探测成像技术,与传统的成像激光雷达相比,突破了系统孔径的限制,二维分辨率在距离上具有较好的一致性,不会由于作用距离的增加而导致分辨率恶化；与常规的微波成像雷达相比,可以得到分辨率高得多的目标图像,提供更为丰富准确的目标信息。　　 目前世界上有多个国家在研究和发展合成孔径成像激光雷达。2006年,美国Northrop Grumman公司与Raytheon公司先后取得机载实验的成功。本文首先深入分析了国内外合成孔径成像激光雷达的研究进展,以国家“863”计划项目(合成孔径成像激光雷达技术研究,No.2006AA122144)研究成果为基础,围绕国家“973”项目(稀疏微波成像的理论、体制和方法研究,No.2010CB731903)和国家自然科学基金(合成孔径成像激光雷达成像技术的研究,No.61001210)的研究任务,以促进合成孔径激光成像技术发展为宗旨,紧密结合当前合成孔径技术和相干激光技术发展前沿,利用概念分析、理论推导、实测数据/数值仿真验证等对合成孔径激光成像算法进行了深入研究。　　 论文内容可以概述为如下六部分:　　 第一部分,对合成孔径成像激光雷达与逆合成孔径成像激光雷达(InverseSynthetic Aperture Imaging Lidar,ISAIL)的几何模型和成像原理进行了系统地研究,对SAIL/ISAIL推广到实际应用可能遇到的理论和技术难题进行了必要的分析,为后续章节研究工作的展开做必要的理论准备。　　 第二部分,研究了ISAIL成像中的两个问题:第一,ISAIL短孔径成像技术,受限于激光调制技术,信号调制稳定度差,ISAIL发射脉冲之间的相干性较差,较长的方位向积累时间会使脉冲间的相干性更加恶化,缩短方位相干积累时间可以改善这一问题,同时,也降低了大气湍流对ISAIL成像的影响,简化了ISAIL运动补偿操作,减轻了后端数据存储负担,并有利于目标瞬时特征的提取；第二,ISAIL稀疏多孔径成像技术,由于ISAIL通过外差相干探测方式实现目标回波的采集,实现条件苛刻,且ISAIL视场较ISAR小很多,目标具有非合作特性,回波缺失在所难免,因此ISAIL稀疏多孔径成像技术值得关注。以压缩感知理论为基础,这对上述两个问题分别提出了相应的处理算法,并利用室内理论验证系统的实测数据对两种算法的有效性进行了验证。　　 第三部分,研究了ISAIL成像中的初相校正问题。以ISAIL信号在距离-多普勒域的稀疏性为全局约束,结合正则化理论,提出了一种基于全局最优的初相校正算法。此算法具有良好的抗噪性,并且针对ISAIL在实际应用中回波存在缺失的情况,此算法也能获得良好的相位校正结果。通过仿真及室内ISAIL验证系统的实测数据对算法性能进行了验证。　　 第四部分,将合成孔径技术移植到激光波段,受技术条件的限制,在发射信号相干性和脉冲重频率两方面难以达到系统要求,与此同时,大气湍流等在微波成像中可以忽略的自然因素对ISAIL成像也具有严重的影响。针对这些问题,在逆合成孔径成像激光雷达转台模型的基础上,提出了一种利用回波信号实包络信息进行非相干积累成像的算法,通过仿真实验证明了算法的有效性。　　 第五部分,随着相干激光雷达技术的发展,微多普勒效应在激光雷达领域也逐渐引起了重视。ISAIL作为一种相干体制的激光雷达,由于波长比微波信号小几个数量级,因此由目标游动部件在回波中引入的微多普勒效应对其成像质量影响更大,但同时丰富的微多普勒信息也为目标特征分析提供了一个新途径。由此提出了一种基于奇异谱分析的非刚体目标微多普勒特征提取算法,结合最小熵判定准则,在得到清晰的ISAIL图像同时,也将目标微多普勒特征无损地提取。算法的有效性通过数值仿真实验和Ann26的ISAR实测数据得到了证实。　　 第六部分,研究了平台线振动对SAIL成像的影响,得出线振动对SAIL成像具有严重影响结论,并利用空间相关算法对SAIL平台线振动进行补偿。仿真验证了算法的有效性,同时也验证了此算法在SAIL大气扰动补偿中的有效性。