被动微波遥感在对地观测中有着重要意义。而综合孔径辐射计采用稀疏的小口径天线阵列合成一个等效的大物理观测口径，不仅可以提高辐射计的空间分辨率，同时可降低天线的体积与重量，且无需扫描即可实现对整个视场的瞬时成像。利用星载综合孔径微波辐射计进行地球遥感能获取全球尺度范围内的海水盐度、土壤湿度等重要物理参数，在地球遥感领域具有较好的应用前景。　　目前，尽管星载综合孔径辐射计取得了成功。但是现有的综合孔径辐射计系统基本上都是在空间频率域均匀采样。均匀采样综合孔径辐射计系统要求单元天线必须规则排放。然而，在有些应用中很难做到让所有的天线都规则排放，比如通过小卫星编队飞行来合成大型阵列。这个要求限制了综合孔径技术应用的灵活性。不同于均匀采样综合孔径辐射计系统，非均匀采样综合孔径辐射计在空间频率域的采样是非均匀的，因此并不要求单元天线规则排放，在实际应用中具有较好的灵活性。　　虽然非均匀采样综合孔径辐射计在实际应用中具有较好的灵活性，但是其反演的亮温图像精度较差，往往不能满足对地遥感应用的精度需求。这影响了非均匀采样综合孔径辐射计在星载平台上的应用。为提高非均匀采样综合孔径辐射计的反演精度和减小计算复杂度，本文做了如下研究工作。　　（1）分析了傅里叶反演方法和G矩阵反演方法应用于非均匀采样综合孔径辐射计时所面临的困难。这些困难包括反演的亮温图像质量较差以及反演结果存在比较大的振荡，并且不稳定。　　（2）研究了基于网格法的非均匀采样综合孔径辐射计的反演方法。仿真结果表明网格法能取得良好的亮温反演图像。相对于 NUFFT算法而言，网格法具有计算复杂度低的优点。网格法反演亮温图像时会产生截断误差、混叠误差和离散误差。本论文对这些误差都进行了分析，尤其是对离散误差进行了比较详细的分析。　　（3）研究了基于阵列因子成形预处理的反演方法。由于非均匀采样综合孔径辐射计的阵列因子的旁瓣较大，从而影响了反演亮温图像的质量。本文提出的阵列因子成形预处理方法可抑制非均匀采样综合孔径辐射计的阵列因子的旁瓣。针对一维非均匀采样综合孔径辐射计反演的仿真结果表明，该方法可提高亮温反演图像的质量。同时，应用阵列因子成形算法的一维非均匀采样综合孔径辐射计不仅可以提高反演图像质量，而且还可以扩大视场范围和提高硬件效率。另外，阵列因子成形预处理算法还可校正部分系统误差。　　文中提出的基于网格法的亮温反演方法和基于阵列因子成形预处理的反演方法都经过了理论推导和仿真验证。其中，基于阵列因子成形预处理的反演方法通过实验验证了其原理的正确性。