随着成像理论的发展,创新性的计算成像概念成为广泛关注的研究热点。由于完全以间接的形式对目标进行探测,因此其将成像的负担从系统硬件转移到了探测形式及重构算法的设计与优化。将计算成像的概念应用于微波成像,即诞生了具有很大的探测形式自由度的微波计算成像体制。微波计算成像的提出有效地降低了系统硬件的负担,同时其更一般化的电磁成像模型也为以更高的理论层面来探究微波成像的本质提供了理论基础。作为一种全新的微波成像体制,微波计算成像在面临着经典的目标非线性和反演病态性问题的同时,也亟需完善其成像性能的理论分析和对作为探测手段的辐射场的优化研究。以此为方向,本文依次开展了四项研究工作,分别对应了理论模型、相关性分析、目标非线性以及极化多样性优化的相关内容。在第一项研究工作中,本文利用Green函数构建了微波计算成像的电磁模型,并结合数值仿真初步探究了微波计算成像模型的基本特征,确定了以测量互相关性最小化为优化目标。借助强迫正交化思想,本文提出了基于带算子内积的辐射源强迫正交化的优化方法。在第二项研究工作中,本文以Fourier变换为工具,得到了天线的等效辐射源与测量的互相关性之间的关系,探究了成像场景几何构型对此相关性关系的影响。更进一步地,本文将Fourier分析扩展到了更一般化的线性正则变换域,得到了在线性变换域的相关性关系。在第三项研究工作中,本文利用Green函数的展开形式讨论了目标非线性作用对微波计算成像目标探测过程的影响。同时,结合Born迭代思想,提出了基于非线性迭代强迫正交化的辐射场优化方法,给出了在最小测量互相关性意义下的最优入射场。在第四项研究工作中,给出了利用天线辐射单元极化多样性来降低测量互相关性的优化方法的电磁理论分析,展示了极化多样性带来的变化。本文所提优化方法以及理论分析使用数值全波仿真或微波暗室实验进行了验证。本文对微波计算成像在电磁理论分析层面上展开以测量相关性为主要指标的研究工作。基于相关性的研究工作为微波计算成像体制的成像性能分析提供了有效的理论工具。关于强迫正交化的优化研究工作有效地提高了微波计算成像系统的成像性能,也为后续优化相关的研究工作提供了新思路。而目标非线性部分的研究工作将目标非线性作用引入微波计算成像体制,分析了此非线性带来的影响。最后,极化多样性研究工作从电磁理论分析层面解释了极化多样性如何降低微波计算成像系统的测量互相关性,具有一定的理论创新性。