前下视阵列三维合成孔径雷达(SAR)系统作为线阵三维SAR的扩展,不仅继承了线阵三维SAR的优点,还突破了传统SAR无法前视成像和常规前视二维雷达无法提供三维目标信息的约束,为飞行器的制导和导航、低能见度的目视着陆和目标搜索等应用提供了一种新的途径,是当前雷达成像应用的研究热点。本文基于前下视阵列三维SAR系统的特点,主要进行了阵列优化和成像算法的研究,主要工作如下:1、首先阐述了前下视阵列三维SAR系统的回波模型,并分析了该系统的距离历史,在此基础上推导了成像系统的三维分辨率公式,揭示了切航向分辨率的空变特性,同时分析讨论了载波波长、平台飞行高度、阵列长度等系统参数对切航向分辨率的影响,进一步完善了该系统的基本理论。2、研究了三种阵列优化方法。针对收发分置的天线阵列,研究了幂级数多项式方法,该方法采用较少的阵元数量可得到与满阵等效的阵列特性,大大减少了所需阵元数量。针对一发多收及自发自收的天线阵列,分析研究了基于模拟退火法(SA)的优化方法和稀疏阵列综合孔径方法,基于SA的优化方法得到的非均匀稀疏阵列采用较少的阵元数量得到和满阵相同的孔径长度,并克服了均匀稀疏阵列的栅瓣问题,但旁瓣较高。稀疏阵列综合孔径方法,该方法利用PCA原理,使综合后的相位中心数量和分布情况与满阵天线相同,从而避免了非均匀稀疏阵列旁瓣较高的问题;并利用基于SA的优化方法对综合后的阵列进行优化,使需要的真实阵元最少。3、针对在前下视阵列SAR系统中,沿航向与距离向存在耦合、几何形变的问题,提出了一种适合前下视阵列三维SAR成像的RD算法。该算法在传统三维RD算法基础上,增加了二次距离压缩,优化了距离徙动校正因子及沿航向压缩匹配函数,增加了几何校正部分,解决了耦合、几何形变的问题,对该算法进行了成像仿真实验,验证了其有效性;并且在前下视阵列三维SAR系统下,对三维BP算法进行了分析研究和仿真实验,相对于改进的RD算法,BP算法具有较大的运算量,但成像结果聚焦效果更好。