逆合成孔径激光雷达(Inverse Synthetic Aperture Lidar,ISAL)是一种主动式成像雷达,是合成孔径技术和激光雷达技术相结合的产物。空间目标的高精度监测成像具有十分重要的实用价值,天基ISAL成像拥有极高的分辨率且不受距离的限制,而且太空中无大气干扰,所以天基ISAL在远距离主动成像方面具有极大的优势。但是天基ISAL成像距离远,激光发射功率有限,导致回波信号十分微弱,核心难点在于探测灵敏度不够。本论文围绕提升天基ISAL探测灵敏度这一研究目标,开展了一系列的研究工作。本文的主要工作如下。首先介绍了ISAL成像的基本原理,对天基ISAL成像模型进行了分析。对天基ISAL成像的两种信号调制体制——线性调频体制和相位编码体制的优劣进行了分析。分析了天基ISAL信号接收体制以及系统信噪比,得出天基ISAL需要采用高灵敏度的平衡探测模式。给出了ISAL成像算法的基本流程以及一套采用1550nm波长的天基ISAL系统的组成。然后研究了天基ISAL高灵敏度平衡探测方法。给出了一套指标参数,对天基ISAL系统进行了信噪比的计算,计算结果表明信噪比很低,必须提升探测灵敏度。以100km为作用距离进行了成像仿真实验,给出了信噪比为-14dB和-5.5dB时的仿真成像结果。展开了天基ISAL成像系统平衡探测器的性能分析,进行了PIN和APD两种平衡探测器的性能对比实验,结果表明APD平衡探测器适用于天基ISAL成像系统。最后提出了一种基于频率上转换的平衡探测方法,此方法可以极大的提升系统的探测能力。信号光和本振光先经过频率上转换后,再进行平衡探测,从实验结果证明了信号可以得到相干保持,验证了此方法的可行性。