双站雷达是指将发射机和接收机分别配置在不同平台的雷达系统。由于其具备可靠性、灵活性、隐蔽性等优势,双站雷达技术在近些年受到了广泛的关注。与仅接收后向散射信号的单站雷达相比,双站雷达能够获取目标多个角度的双站散射信息,有助于目标散射特性分析,极大地增强了对地形和海洋的遥感能力。成像方面,在合适的几何构型下,双站观测能够获得更强的雷达横截面积（Radar Cross Section,RCS）以提高感兴趣区域在最终图像上的可辨识度。此外,双站散射观测还可以避免部分强的后向散射信号,从而改善图像动态范围和信噪比（Signal to Noise Ratio,SNR）。然而,其灵活的构型使得其成像几何特性和辐射特性复杂。鉴于此,本论文主要针对双站雷达成像几何和辐射特性进行了研究。首先针对双站雷达中“双站距离和”的复杂变化进行分析,利用梯度法给出空间二维分辨率的求解公式,并基于双站雷达成像的基本原理和典型时域成像算法的优缺点,进行了加速时域成像算法的研究;其次,基于大双站角,长基线的前向观测模式,分析双站前向雷达的成像特性,并根据理想的成像性能对其几何构型进行了优化;最后对与双站雷达定量化应用紧密相关的辐射特性进行研究,进一步讨论天线辐射方向图效应。论文主要研究内容结论如下:（1）基于双站合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）成像的基本原理以及经典的时域成像算法,提出了一种适用于双站雷达直角坐标系下的改进快速成像算法（Modified Cartesian Fast Factorized Back Projection,MCFFBP）。算法是通过子孔径拆分和方位向子图像分割,借助于二级方位向波数谱压缩器,在直角坐标系中进行图像逐级融合,实现高精度和高效率的成像方法。首先,推导了子孔径图像的频谱表达式,通过驻定相位原理,分析影响波数谱在方位向展宽的原因。针对其展宽的原因进行频谱压缩,提出二级方位谱压缩滤波器,降低了算法采样率对成像场景的依赖性;然后,提供了算法完整的流程以及针对每步算法运算复杂度的分析。最后,利用仿真数据分析了二级方位压缩器对频谱的压缩能力、对噪声的敏感程度以及成像的效果,验证了MCFFBP算法效率和精度的有效性。（2）研究前向双站雷达观测的可能性和局限性,根据预期的成像性能指标,采取混沌粒子群优化算法,对观测几何实施优化,提供最佳的双站几何构型方案。以观测和通信卫星（Satellites for Observation and Communications,SAOCOM-Companion Satellite,SAOCOM-CS）星-星前向观测模式为实例,在空间分辨率和信噪比两个角度研究了前向双站雷达在成像方面的可能性和局限性;结果表明,在前向双站雷达成像中,距离分辨率在某些情况（如前向镜面成像构型）下会大大降低。此外,由于后向和前向双站雷达之间的成像投影规则在成像区域的表达形式不同,目标在前向成像中会产生重影点。为了避免上述问题,在进行前向成像时,必须仔细考虑前向双站成像的观测几何。对于给定成像性能需求的系统,双站雷达运动参数的设计可以视为解决非线性方程组（Nonlinear Equation System,NES）的问题。因而引入改良的混沌粒子群优化算法（Chaos Particle Swarm Optimization,CPSO）求解NES并取得双站观测几何参数的最优解。最后基于选择的参数和时域成像算法,利用仿真数据对优化算法结果的有效性进行验证。相关成果有助于加深对双站雷达成像性能的了解,揭示前向成像构型下的局限性,所得结论为大角度、长基线的双站雷达几何参数的最优配置提供了数据参考。（3）研究天线辐射方向图效应。天线辐射方向图影响主要体现在对双站雷达成像的影响和对双站散射系数估算的影响。论文以高斯天线方向图为例,对这种影响进行了评估。天线方向图对双站成像方面的影响:首先根据成像几何给出含有波束指向误差的天线辐射方向图模型,然后在天线的俯仰方向和方位方向分别增加一次、二次和正弦（高频/低频）三种波束指向误差,讨论不同类型指向误差对双站雷达成像结果的影响。结果表明三种形式的指向误差都会给像素幅值带来影响,且一次、二次、正弦影响逐渐增大;对成像目标响应方位向剖面的影响比对距离向剖面的影响更为严重;高频误差下旁瓣升高明显,低频误差下,主瓣展宽明显。在天线辐射方向图对双站散射系数估算方面的研究:首先,根据雷达方程和基尔霍夫近似,推导出了天线辐射方向图效应下的双站散射系数表达式。然后,讨论了在单站、双站GPS和双站机载三种雷达观测形态下,利用半功率面积代替辐射积分引起的双站散射系数误差。最后,进行了数值分析。结果表明利用双站天线3d B波束宽度在地面的重叠面积近似天线辐射方向图积分会造成散射系数的估计误差:1)单站构型下,该近似造成1.592d B的散射系数误差。2)双站GPS构型下（天线地面椭圆尺寸差距大）,散射系数误差可以根据对构型和天线的合理设计控制在预期的阈值内。3)以DLR-ONERA为例的机-机构型下,该近似造成常数近3d B的散射系数误差。由于飞机的轨迹和姿态易受大气条件的影响,因此在机载实验案例中还考虑了运动误差和姿态角对结果的影响。相关成果可以为双站散射系数测量的误差校正及双站散射系数测量的观测几何提供参考。