逆合成孔径雷达（Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR）成像技术能够全天时、全天候实现远距离非合作目标的高分辨成像,并通过ISAR图像解译反演出目标的结构、姿态和尺寸等物理特征,为后续的目标分类和识别提供数据支撑。在雷达相干处理间隔（Coherent Processing Interval,CPI）内,平稳运动目标的运动可以近似成均匀转动,使用传统的距离-多普勒（Range Doppler,RD）成像原理即可获得高质量的ISAR图像。然而,随着探测目标的运动姿态越来越复杂,呈现大机动和快速自旋运动等时敏特性,导致现有的ISAR成像算法不能获得满意的性能。另外,由于时敏目标通常具有作用距离远、尺寸小或隐身等特点,使得雷达接收的回波信号具有较低的信噪比（Signal-to-Noise Ratio,SNR）,进一步给高分辨ISAR成像算法设计带来挑战。因此,如何在低SNR下实现时敏目标高分辨ISAR成像已成为国内外研究的热点和难点。本论文针对低SNR下时敏目标高分辨ISAR成像问题开展研究,主要研究内容和取得的成果概述如下:（1）针对时敏目标的非均匀三维旋转运动会引起ISAR成像时的图像映射平面（Image Projection Plane,IPP）呈现时变的特点,导致其在CPI内固定的假设失效,从而造成现有算法ISAR成像质量下降的问题,本章提出一种基于子阵平均和图像熵的时敏目标ISAR成像方法。首先,为了更准确的描述时敏目标的运动特性,建立了一种新的融合时变IPP的几何和信号模型。在此基础上,通过挖掘信号模型中二维空变相位系数的耦合特性,实现了高阶系数的解耦和降维操作。其次,提出基于子阵平均和图像熵的方法克服了局部极值收敛的问题,获得了精确的二维空变相位误差补偿项,进而得到聚焦性能良好的ISAR图像。与现有方法相比,由于建立了具有时变IPP的信号模型和利用了二维相干积累增益,提出的方法能实现低SNR下机动时敏目标高分辨ISAR成像。最后,通过计算机仿真和电磁模型数据验证了提出方法的有效性。（2）针对时敏目标在CPI内同时存在平动和三维旋转运动而不能在低SNR下准确的补偿运动相位误差,导致现有ISAR成像算法失效的问题,提出了一种基于锐利度准则的平动时敏目标高分辨ISAR成像方法。首先,为了描述时敏目标的非合作特性,建立了一种融合高阶平动和非均匀三维旋转运动的几何和信号模型。其次,受回波信号包络在CPI内具有相似性的启发,设计了一种适应性滤波器窗函数来抑制强噪声对信号的影响。然后,通过挖掘信号模型的内在机理,使用基于数据驱动的方法完成平动相位误差补偿。同时,以锐利度准则作为散射点聚焦性能的评价指标,利用黄金分割法来提高对空变相位误差的补偿效率。与现有方法相比,由于利用了适应性滤波器窗函数和信号的相干性,提出的方法能实现低SNR下的平动时敏目标高分辨ISAR成像。最后,通过计算机仿真和电磁模拟实验验证了提出方法的有效性。（3）针对时敏目标的自旋运动导致现有的高阶运动模型失效、以及现有的ISAR成像算法需要多维参数搜索和插值等操作导致计算复杂度高等问题,受条带合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）成像模式中方位空不变特性的启发,提出了一种基于距离-多普勒域的自旋运动时敏目标ISAR成像方法。首先,将CPI内自旋目标的运动建模为多成分的三角函数形式,并根据驻定相位原理推导出回波信号在距离-多普勒域中准确的解析表达式。在此基础上,沿着旋转半径的方向提取分布在不同距离单元中散射点的能量以完成信号的距离徙动校正。同时,构建精确的高阶相位误差补偿函数,并引入CLEAN技术抑制强散射点旁瓣的影响,从而获得聚焦性能良好的ISAR图像。与现有方法相比,由于避免了冗余的多维参数搜索和利用了信号的二维相干积累增益,提出的方法能实现低SNR下的自旋运动时敏目标高分辨ISAR成像。最后,通过计算机仿真验证了提出方法的有效性。