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多输入多输出合成孔径雷达（MIMO-SAR）是具有三维分辨能力的新体制雷达，通过多发多收的工作模式获得多于实际阵列数目等效阵元，极大减轻了系统的重量及成本。相对于传统SAR，MIMO-SAR能下视成像，并克服传统SAR的阴影遮挡问题，其中面阵MIMO-SAR能进行正前视成像获得目标的三维信息，在制导、盲降等相关领域具有重要意义。 为了充分利用系统平台空间，以及考虑到平台抖动等因素，需要对MIMO-SAR系统阵列进行合理的设计及优化。另外为了避免复杂的正交波形设计以及BP算法计算量巨大等问题，本文对MIMO-SAR阵列设计、时分复用正前视工作模式及系统性能，以及BP算法并行化等展开研究。主要工作内容及创新如下： 1．介绍了传统的线阵MIMO-SAR系统模型，阐述了其模型结构与三维分辨率。说明了后向投影算法（BP）的基本原理和步骤，简要介绍了并行处理器GPU的基本理论。 2．研究了四种MIMO-SAR系统的阵列设计模型。为了在有限的系统平台获得较大的阵列孔径，并且考虑系统平台抖动的影响，本文研究了四种MIMO-SAR系统的阵列设计模型。首先从线阵模型设计出发，扩展到面阵模型设计，得到了“密-疏-密”、改进型“密-疏-密”、“疏-密-疏”、“疏-密-密-疏”四种阵列模型。“密-疏-密”与改进型“密-疏-密”阵列模型能够获得尽可能大的等效阵列孔径；“疏-密-疏”和“疏-密-密-疏”阵列模型能够减小阵列两端抖动误差的影响，而且“疏-密-密-疏”阵列模型还适用于某种特殊布局需要。针对每种阵列模型，通过仿真验证阵列模型的有效性及相应的特点。 3．提出了一种基于时分复用的正前视面阵MIMO-SAR工作模式。对于M发N收的MIMO-SAR系统，每个时刻选择一个阵元发射信号N个阵元接收信号，经过M个时刻即可获得M×N个具有三维结构的等效阵元。仿真表明，基于时分复用工作模式获得的天线方向图与基于正交波形设计的系统相比，主瓣宽度较为一致，副瓣稍高，因此该种模式能够避免波形设计等问题又能进行正前视的三维成像。分析了需要快速成像时部分阵元的选择与系统性能指标的关系。 4．提出了一种基于GPU的两层并行结构的BP并行化三维成像算法，该方法利用GPU内部结构block之间并行计算的特点，将一个block与一个等效阵列对应，同时利用block内的thread之间是并行计算的特点，将一个thread与一个划分的场景点对应，与基于传统的基于CPU的计算方法相比极大的提高计算效率，减少成像时间。