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雷达目标除质心平动以外的小幅振动、转动、进动以及其它高阶运动都称为微动,微动反映了目标的精细特征以及运动状态的细节,为目标分类识别提供了新的解决方案。本文以振动和转动目标为研究对象,推导出雷达回波的表达式,研究了雷达和目标的微动参数对多普勒频率的影响,又分析了微动对合成孔径雷达成像的影响,得出微动使距离向出现距离偏移使方位向产生成对回波的结论。然后分别针对单个点目标、多个点目标、振动非刚体目标以及转动直升机旋翼这几种不同的微动目标进行微多普勒特征提取与微动参数估计的算法研究。主要工作如下:(1)对于单个点目标,提出了一种基于相位分析的微多普勒特征提取与参数估计算法。无论目标的微动位移是否为正弦函数,无论载机是否做匀速直线运动,该算法均适用,同时,还具有较强的抗噪声性能。较峰值检测法和基于离散分数阶傅立叶变换的微动特征提取算法,该算法具有更高的参数估计精度、更广的微动频率适用范围和更低的时间复杂度。(2)对于多个点目标,研究了一种基于逆Radon变换的微多普勒特征提取与参数估计算法。该算法可以分离并提取出多个目标的微多普勒特征,即使在低信噪比条件下依然有效。同时,较复信号经验模态分解和Viterbi算法,该算法还能从多普勒频率严重交叠的时频图中分离出各分量的多普勒频率,完成弱微动目标的多分量信号分离与参数估计。(3)对于振动非刚体目标,分别用点阵模型和用FEKO软件建立的三维几何模型模拟出非刚体及其振动形态,仿真了合成孔径雷达回波。在分析了振动对非刚体目标回波的调制作用的基础上,研究了基于自相关函数法和基于峰值检测法的振动频率估计算法,比较两种算法后得出基于峰值检测法的频率估计算法更适用于非刚体目标。(4)对于转动的直升机旋翼,研究了桨叶数量、转动频率和桨叶长度的估计方法,考虑到扫描雷达场景下目标在雷达波束中的驻留时间可能较短,提出了一种适用于短驻留时间条件下的直升机旋翼的参数估计算法。该算法可以从信号持续时间不到一个微动周期的时频图中准确估计出旋翼的转动频率。较传统的Viterbi检测算法和峰值检测法,本文提出的修正的Viterbi检测算法在确保准确性的同时,还有较低的计算复杂度。综上所述,针对不同场景下不同的微动目标,适用的微多普勒特征提取算法不同。本文致力于分析不同场景下微动目标回波的微多普勒调制特性,研究出对应的微多普勒特征提取与参数估计算法,为后续的目标分类、识别、成像工作提供了理论基础。