合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)采用侧视成像和方位合成的原理,使得横跨水面的桥梁在SAR成像过程中能够产生三条明亮的、狭窄的、连续的影线。其中可能产生雷达散射回波的路径包括:桥直接散射回波(单次)、桥与水面相互作用(二次)、桥底与水面相互多次作用(多次)。在实际情况中、雷达信号在与地物作用过程中衰减较大,可能使得不同路径的散射回波被噪声淹没,某些路径的雷达散射回波消失。为了量化散射回波消失的成像机理,本文通过仿真实验分析了横跨海面的钢铁桥梁,SAR成像过程中二次和三次散射回波能量受方位角和风驱海面的影响。在仿真过程中雷达波长为L波段,方位角由0°到45°变化,风速由0 m/s到40 m/s变化,通过P-M海谱(Pierson-Moskowitz spectra)仿真风驱海面的粗糙度变化,采用基尔霍夫近似算法计算各回波路径的回波能量。当SAR系统的噪声水平为-30dB时,获得了三个区域:在区域I情况下,二次、三次散射回波都会产生;区域II中只能产生二次散射回波;区域III将无法获得任何回波信号。实际中建成的桥如美国圣地亚哥海湾的科罗纳多大桥会出现净空高渐变、方位角渐变,SAR对其成像结果更为复杂,图像中同样出现了三种类型的影线特征:特征I由几乎等间距的点组成,特征II由点和曲线段组成,特征III由一整条连续曲线组成。根据成像几何关系和极化分解方法研究表明,特征I中的点由距离平台远处路灯与桥面形成二面角散射器产生;特征II中点由距离平台近处路灯与海面形成二面角散射器产生;特征III由桥底与海面多次相互作用产生。当平台飞行方向与桥梁平行时,三条特征在Pauli RGB图像中均为品红色和黄色。其中特征I由距离平台远处栅栏与桥面形成二面角散射器产生;特征II由距离平台近处栅栏与海面形成二面角散射器产生;特征III由桥底相互垂直的钢板形成二面角散射器以及桥底缩进部分与桥底形成二面角散射器产生。最后,在充分分析海面桥梁成像机理的基础上,本文论证了非零度方位角回波路程不变性,并提出非零度方位角桥梁净空高与桥宽反演算法,在ALOS-PALSAR和UAVSAR数据中反演误差均在一个分辨单元内。