不同于单基地合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）只能获得目标单一方向散射信息的特点,双基SAR具有作用距离远、安全性强和获取信息更丰富等优势,被广泛应用于军民领域。在雷达成像领域,双基SAR与线性阵列天线的结合能够完成对目标场景的三维成像,其系统原理是通过天线架设平台与目标的相对运动合成二维虚拟面阵,再结合脉冲压缩技术,实现空间目标的三维信息分辨。然而,这种基于宽带信号的成像机制给接收端的信号分离带来了一定困难,也增加了系统硬件的复杂度。因此,本文引入频率分集阵列（Frequency Diverse Array,FDA）,利用其“空间换带宽”的特点,结合双基SAR,提出一种新的三维成像系统——双基地FDA三维SAR成像系统。该系统通过窄带信号的发射模式,合成宽带探测性能,突破传统双基SAR收发设备硬件复制、回波信号难以分离的限制。本文在现有的较为成熟的单基SAR成像模型的基础上,结合FDA的特性,研究双基地FDA三维SAR的成像方案。主要研究内容如下:1.介绍了双基SAR和频率分集阵列的相关理论基础。首先,给出了双基SAR的模式分类、一般构型下的成像模型和原理,包括几何模型及回波模型,以及双基SAR系统的距离历程分析;其次在频率分集阵列的线性阵列结构基础上,研究了波束特性、波束分辨率以及两种类型的接收机制;最后,引入了两种稀疏阵列——互质阵列和嵌套阵列,奠定后续系统优化的基础。2.建立了双基地FDA三维SAR成像系统模型,提出了双基地FDA三维SAR成像算法。首先,针对双基SAR的收发分离形成的距离历程较为复杂,给信号处理及算法研究带来一定困难,引入等效阵元原理,并从理论推导和波束形成两方面进行了原理验证。其次在前述理论基础的依据下,构建了结合双基SAR和FDA的三维成像新系统雷达——双基地FDA三维SAR系统的几何模型和全频接收（Full Frequency Receive,FFR）机制下的回波模型,并推导了新成像系统的三维分辨率。然后对适用范围广的传统后向投影算法进行改进,完成三维成像仿真,验证了改进后的算法的有效性和新成像系统的可行性;再者针对回波信号存在的时域、空域稀疏特性,运用压缩感知（Compressed Sensing,CS）理论,研究了基于贪婪追踪算法中正交匹配重构的压缩感知三维成像算法,以提高成像质量;最后对比分析两种算法的成像性能。3.完成了对初始的双基地FDA三维SAR成像模型的优化。针对FFR下的双基地FDA三维SAR成像系统需要接收端覆盖的信号频率范围广,系统数据处理量大,系统硬件实现难度高的缺陷,研究了基于单一频率接收（Single Frequency Receive,SFR）的双基地FDA三维SAR成像方案进行系统优化。然而由于线性频率偏移和均匀阵元间距分别引起的两个相位步进的同步变化会导致FDA波束存在距离—角度的耦合现象。而常规的线性频率增量和均匀阵列组合搭配SFR机制的应用,无法实现三维成像。所以首先从打破频率增量线性变化的角度,引入三种典型形式的非线性频率增量,对数形式、平方形式以及随机形式,比较分析三者的波束聚焦能力;研究在沿航迹向上的虚拟孔径天线及切航迹向上的实际孔径阵列均采用随机频率增量的全随机方案下的SFR双基地FDA三维SAR成像,以及只在实际天线阵列上采用随机频率增量而虚拟合成孔径阵列上频率增量不变的半随机方案下的SFR双基地FDA三维SAR成像。最后从打破阵元均匀间距的角度,引入两种典型稀疏阵列,互质阵列和嵌套阵列,研究了基于该两种阵列下的SFR双基地FDA三维SAR成像。