关联成像是光学领域研究前沿的新兴热点问题之一,能够实现非定域性成像,一经提出就引起了广泛的讨论和研究。本文借鉴光学关联成像的基本原理,基于波前随机调制、波束内超分辨的创新构思,探索一种不依赖、且不受限于目标相对运动的雷达关联成像技术,与SAR/ISAR成像形成互补,为现有雷达成像技术中对静止准静止目标以及非合作目标成像等瓶颈问题提供崭新的视角和解决思路。论文围绕雷达关联成像展开研究,对成像过程和理论实现、数学模型建立、成像算法以及模型失配条件下的图像重构等问题进行了研究。本文首先研究了雷达关联成像的基本理论,对关联成像应用于微波雷达系统的基本结构、信号波形以及波束内超分辨原理等基础问题进行了研究。具体内容包括:1)分析了热光关联成像原理,从雷达信号处理的角度得出关联成像实现的前提条件;2)提出采用时空不相关的探测信号实现雷达关联成像的方式。对比了雷达关联成像和热光关联成像的差异,并分析了二者在成像根本原理上的一致性;3)提出了阵列结构发射正交-时间不相关信号的波前调制方法,推导证明了这种方法能够在探测区域产生具有时空不相关特征的雷达信号覆盖;4)对比了雷达关联成像与传统SAR/ISAR以及阵列雷达成像方法,进一步诠释了雷达关联成像不依赖于多普勒频率的波束内超分辨原理。结合数值模拟实验说明了雷达关联成像利用单脉冲回波能够获得静止、合作以及非合作目标的清晰图像。第三章研究了雷达关联成像的空间模糊函数,对名义分辨率、波形设计、阵列构型和抗干扰性能进行了分析。具体内容包括:1)给出了雷达关联成像的空间模糊函数,推导了名义分辨率的解析表达式,阐明了雷达系统参数与分辨能力之间的关系;2)给出了零载频假设下的分辨率表示,从而量化评估阵列构型对分辨率的影响;3)提出了噪声调制波形和混沌调制波形,该种波形能够天然地满足雷达关联成像对正交性和时间不相关性的要求;4)针对典型的雷达成像干扰形式,分析了雷达关联成像的抗干扰性,理论和实验都说明由于采用了具有时空不相关特征的探测信号,这种成像技术具有突出的抗干扰性能。第四章研究了基于参数化模型的图像重构方法。由于探测信号的空间不相关特征受到微波系统条件限制,热光关联成像中基本的相关重构法并不能在雷达关联成像中获得高分辨率。本章由此提出了参数化模型下的重构方法,对成像方程的构造和重构条件进行了分析,并提出了分步式重构方法以降低计算复杂度。重点分析了在三维区域构造时空不相关探测信号的条件,由此在参数化模型下研究了雷达关联成像的三维图像重构。第五章对模型失配条件下的成像算法展开了研究,具体内容包括:1)分析了模型失配的产生原因,即目标运动和初始网格失配;2)研究了模型失配条件下的信号模型,给出了其主要影响因素:目标运动速率、初始网格偏移、探测信号的时空不相关特征以及目标散射系数矢量;3)分析了现有算法在模型失配条件下的局限性,给出了图像重构的两种方案;4)针对运动目标引起的模型失配,研究了基于稀疏恢复的图像重构算法。针对高速运动目标给出了基于参数估计和基于多维参数联合估计的成像方案;5)分析了雷达关联成像中初始网格失配效应的特殊性,并分析了现有网格优化算法的局限性,从而提出了相关-参数化联合重构算法,在保证分辨率的同时有效增强了模型失配条件下算法的稳健性。并且,提出了基于匹配滤波的联合重构算法,将传统雷达成像与关联成像初步结合,在提高算法效率的同时,能够为模型失配条件下的误差估计提供有效先验信息,提高图像重构质量。第六章对全文进行总结,并指出下一步可能的研究工作。