对空成像具有重要的军事价值和民用价值。逆合成孔径雷达(ISAR)是最典型的对空成像技术,但大多数情况下由于空中目标的运动轨迹和运动参数都是未知的,目标运动的非合作性会造成ISAR成像性能的下降。这一现象在目标做高速高机动飞行时格外严重。与ISAR成像技术相比,阵列成像技术可实现对空中目标的单次观测成像,在发射信号脉冲宽度不大时基本不受目标运动的影响。然而阵列成像技术需要大量的物理天线阵元,硬件复杂,成本高,架设困难。若将ISAR成像技术与阵列成像技术相结合,就可以实现阵元数少、积累时间短、可适用于各种运动目标的高分辨成像。本文所研究的多通道ISAR成像技术就是这样一种二者相结合的成像技术。本文的主要工作包括四个部分:多通道ISAR成像基本理论、MIMO-ISAR线性阵列二维成像技术、MIMO-ISAR平面阵列三维成像技术和提高成像性能的方法。传统ISAR成像技术是以转台成像模型为基础,也即假设目标做平稳运动,然而由于传统ISAR成像中采用单个雷达对目标进行观测,成像积累时间长,因此在许多情况下目标在成像积累期间并不能一直保持平稳运动,与成像模型不完全相符。多通道ISAR成像技术是利用多个雷达通道同时对目标进行观测,成像积累时间很短,目标在积累期间的运动可认为是始终平稳的,符合成像模型。此外,多通道ISAR成像技术还可利用各通道的位置关系将回波进行相参处理来测量目标运动参数,从而提高成像质量。多通道ISAR成像技术大体上可分为三类,即单发多收ISAR成像、多雷达ISAR成像和MIMO(multiple input multiple output)-ISAR成像。其中MIMO-ISAR成像技术是由本文作者于2009年9月首次提出的,是一种基于MIMO雷达天线阵列进行ISAR成像的技术。在采用相同数量的物理天线阵元时,MIMO-ISAR成像技术比单发多收ISAR成像技术及多雷达ISAR成像技术获取的信息量更大,在成像性能、硬件成本、适用范围等多方面都具有显著优势。本文着重研究了MIMO-ISAR成像技术。论文首先研究了MIMO雷达的基础问题和关键技术,总结和归纳了现有的正交信号形式及设计方法,推导了用于MIMO雷达天线阵列设计的空间卷积原理,并提出了一种基于自卷积逆运算的阵列设计方法,研究了另一种MIMO雷达天线阵列设计理论即相位中心近似原理,分析了它与空间卷积原理的相互关系。然后讨论了MIMO雷达天线阵列空间采样与ISAR时间积累的等效关系,阐述了MIMO-ISAR成像的基本原理。第二部分研究了MIMO-ISAR线性阵列二维成像技术,包含了阵列设计、正交信号产生与接收、目标运动参数估计、回波数据融合、运动补偿与成像等多个关键技术。本文给出了一种MIMO线性阵列设计方案,提出了一种基于最小熵准则的运动速度搜索算法和一种互相关数据重排方法,并根据MIMO-ISAR二维成像中距离像的特点提出了分段相关运动补偿方法,阐述了一种越距离单元走动校正方法,建立了MIMO-ISAR线性阵列二维成像的信号模型并给出了完整的实现方法。MIMO-ISAR系统从二维成像向三维成像扩展的关键技术是MIMO雷达平面阵列设计技术、三维数据重排与填充技术、三维成像算法。针对这些关键技术,本文提出了垂直交叉式MIMO雷达平面阵列和双矩形MIMO雷达平面阵列这两种设计方案,建立了MIMO-ISAR平面阵列三维成像的信号模型,导出了分步处理成像和整体处理成像两种成像算法,并研究了三维数据重排和填充技术,提出了一种互相关三维数据重排方法和一种基于降维插值的三维数据填充方法。由于多通道ISAR成像技术是将多通道的空间采样与ISAR时间采样相结合,因此其点扩展函数及谱支撑区与传统雷达成像有显著差异。本文最后一章研究了提高多通道ISAR成像性能的方法。首先介绍了点扩展函数、谱支撑区的概念并阐述了旁瓣走向的定义,接着研究了多通道ISAR成像的特殊性,并基于二维傅里叶变换的性质总结出旁瓣走向的规律,然后给出了旁瓣走向规律的三种典型应用,提出了椭圆窗旁瓣抑制和谱变形旁瓣抑制算法。