通过利用低频电磁波良好的穿透性,超宽带穿墙雷达可对障碍物后的隐蔽目标实现有效探测,在城市作战、特种作战、反恐行动和灾难救援等军事和民用方面发挥着重要作用。然而,受实际应用限制,穿墙雷达一般工作在城区环境中,观测时间、空间受限。目标回波经历双程介质穿透衰减,信杂比很低。电磁波在穿墙传输中出现的折射、多次反射以及速度变慢等效应,也造成目标在成像时散焦、位移,分辨率恶化,成像质量受到严重影响。立足提高穿墙成像质量,本文从介质穿透信号模型出发,对上述问题展开了研究,内容包括穿墙成像方法的优化、动目标成像与虚假目标抑制、介质穿透重聚焦以及墙杂波抑制。通过这些研究,提升了图像信杂比和成像质量。本文主要工作和创新点如下:首先,本文综合考虑信号体制、墙体影响、穿墙信道、以及极化形式等对穿墙回波进行了系统建模。在完成精确建模的同时,进一步对不同工作模式、极化形式以及扫描方式下的回波特性进行了详细对比,为后续算法研究以及系统设计提供了有力支撑。其次,针对成像中存在的栅旁瓣和虚假目标等问题,本文从多层面对算法和处理流程进行了性能提升。一是从系统层对成像算法进行优化选择,结合应用需求和系统特点,确定适用于本文研究背景的基本成像算法。二是从应用层优化了成像流程,引入二值量化对相干因子加权成像算法进行了改进,具有良好的栅旁瓣抑制效果,适合同时存在强弱目标的场景;并针对封闭场景内目标的遮蔽问题,构建了扩展目标回波模型,设计了用于扩展运动目标的成像流程,抑制了成像差分处理中的虚假目标,提高了目标成像质量。接着,围绕墙体补偿问题,利用关联目标的成像位置信息,提出了一种基于多阵列的穿墙重聚焦方法,实现了面向建筑物穿透成像的快速补偿重聚焦。针对单阵列下的墙体补偿,提出了固定发射波矢量指向的空间谱域重聚焦方法。该方法采用空间谱域补偿取代传统时域补偿,在保证补偿精度的同时降低了运算量。同时,本文对收发同置和收发分置下的墙杂波分别进行了建模,深入分析了墙杂波与目标回波之间的空、时、频域特性差异。讨论了阵列拓扑结构对各通道回波相关性的影响,提出了“对称通道”的概念,并给出了一种基于空域对称性的墙杂波抑制算法。依据构建的信号模型,进一步推导了墙体和目标的图像域特性,提出了一种基于天线平面的图像域墙杂波抑制算法。这两种算法有效抑制或弱化了墙杂波的影响,改善了目标成像质量。围绕墙杂波抑制的问题,本文进一步分析了现有降维分解法存在的性能缺陷,并对现有降维分解方法进行了改进。改进后的方法采用目标成像质量作为评价指标、引入反馈回路对图像质量进行评估。实验结果表明,改进后的方法能够有效估计墙杂波子空间维度,提升了墙杂波抑制能力。