合成孔径雷达(SAR)作为一种微波有源成像系统,具有全天时、抗云雾烟等天候干扰、可远距离高分辨成像等优点,在军用与民用探测领域受到广泛关注。近年来,随着雷达技术与动力推进技术的发展,具备快速相扫和多工作模式的相控阵天线开始移植到弹载SAR成像系统上,这不仅提升了导弹抗天候干扰的能力,还可有效提高导弹在复杂战场环境下打击重要战略军事目标的适应性和自主性,对未来作战具有重大军事意义。本文围绕未来导弹平台灵活高机动、单弹头精确制导、多弹头分导的技术发展趋势,结合弹载平台自身的曲线轨迹运动特性与成像探测制导的应用需求,针对弹载单/双基SAR成像和定位中的关键问题开展研究。论文的主要内容如下:第二章:弹载平台三轴高速度和加速度使得传统的基于直线轨迹的斜距模型不再成立,也使得“一步一停”模型假设需要重新认识。针对单弹头精确制导与多弹头分导的应用需求,从斜距模型研究入手,分为弹载单基SAR俯冲构型斜距模型和弹载双基SAR任意构型斜距模型两部分,逐步讨论适用于弹载曲线轨迹单/双SAR成像的斜距模型。首先,以弹载单基SAR直线俯冲构型为基础,推导了俯冲等效平飞斜距模型,并据此详细分析了“一步一停”模型假设在弹载单基SAR成像中的约束准则。以直线俯冲轨迹模型为基础,提出了适用于弹载曲线轨迹SAR成像的高精度等效斜距模型。考虑到弹载双基SAR成像中存在的双基前侧视和双基前视的应用需求,首先以双基任意构型直线轨迹模型为基础,详细讨论了“一步一停”假设在双平台高速度运动参数下的约束准则和成像边界条件。并进一步提出了适用于任意构型曲线轨迹成像的双基SAR等效斜距模型,仿真和数值分析验证了这些等效斜距模型具有复杂度低和成像精度高的优点,为后续的成像算法的设计奠定了基础。第三章:针对传统的时序设计方法冗余度高以及弹道规划参数与系统参数设计存在相互制约的问题,开展弹载俯冲段SAR工作时序及弹道优化设计的研究,为后续弹载高实时成像处理奠定基础。首先以第二章的斜距模型为基础,分析了弹载俯冲段SAR回波信号带宽、分辨率等参数,提出了一种基于场景点遍历的系统工作时序设计方法,该方法能够有效解决方位俯仰波束宽度不一致带来的多普勒近端点和远端点难以确定的问题,降低了弹道参数存在误差情况下的成像参数设计冗余,提升系统的实时成像能力。其次,针对导弹大入射角攻击所需的弹道参数设计与SAR导引头成像所需的成像构型参数设计之间存在相互制约的问题,提出了弹道优化设计方法,为弹道设计在成像适应性上提供了参考准则。第四章:针对单弹头精确制导的应用需求,以第二章中弹载单基SAR通用化等效斜距模型为基础,开展弹载曲线轨迹单基SAR成像聚焦、空变运动误差补偿、几何畸变校正一体化融合处理算法的研究。首先,分析了弹载SAR平台三轴时变加速度对频谱的影响,针对加速度带来的频谱形变扭曲问题,提出了运动误差粗补偿方法,恢复二维频谱;针对弹载俯冲SAR成像中大擦地角和弹道倾角易造成几何畸变校正过程中大的分辨率跨度,进而带来图像灰度失真等问题,提出了二维频谱插值投影方法,将频谱直接投影到地距平面,降低了图像的几何畸变与分辨率跨度;为实现最终的SAR图像聚焦,进一步提出了基于逆映射插值的空变相位误差与图像畸变联合补偿方法,该方法通过逐像素点逆映射和局部滤波补偿,可直接获取无畸变SAR地距图,为后续SAR导引头的图像匹配、目标检测识别、弹体与目标定位等应用做铺垫。针对导弹因惯导参数误差、机械误差等因素带来的方位相位误差问题,进一步提出了一种适用于弹载子孔径数据高实时成像处理的方位自聚焦成像算法。该算法基于时域样本加权因子,采用二维样本点筛选方法,具有很好的算法稳健性,解决了传统的自聚焦成像算法过程复杂、参数自适应化程度低、实时性差的问题,仿真实验验证了所提算法的有效性。第五章:针对未来的多弹头分导的技术发展趋势,以弹载双基前侧视和双基前视的应用需求为导向,进一步开展了弹载双基SAR成像的研究。首先,基于第二章中所提双基任意构型曲线轨迹等效斜距模型,分析了双平台加速度对信号频谱的影响,提出了双基SAR加速度Deramp处理恢复形变的二维频谱,保证后续的成像聚焦;针对双基聚焦平面选择的问题,考虑导引头制导中地距图像匹配的应用需求,选取地平面作为聚焦平面,将方位Deramp处理后的二维频谱沿视线插值投影到地距平面,保障了频谱利用率,此时图像已经粗聚焦;针对波前弯曲与空变运动误差残留项,提出空变相位滤波与图像畸变局部联合补偿方法,将地平面的像素网格逆映射回粗聚焦的复图像进行图像数据截取,并对截取的子图像数据在方位相位历程域进行空变相位项的补偿,逐点循环迭代获取最终的无畸变SAR地距图像。第六章以前面几章导引头成像算法研究为基础,围绕精确制导技术中SAR成像、图像匹配、目标识别、弹体与目标定位的技术框架,进一步研究基于SAR图像的弹载SAR俯冲段定位算法。针对导弹末制导阶段惯导位置指示偏差较大的问题,提出一种基于欧拉四面体构型的弹载SAR定位算法。该算法以高精度图像测距信息、图像匹配特征点精确位置信息以及数字高程信息为输入,通过定位方程解算出弹体与目标的三维位置信息。该定位方法不需多幅图像进行数据融合提高精度,仅需单幅匹配图就能实现高精度定位,避免了以最优化理论为基础的定位方法存在的局部收敛问题。所提定位方法能够实现末制导阶段对弹体与目标的精确定位,为精确制导提供保障。