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合成孔径雷达可全天时、全天候地实现高分辨率观测,在民用和军事领域有着广泛应用。但传统的合成孔径雷达受制于最小天线面积的约束,无法同时实现方位向高分辨率和距离向宽测绘带测绘。多发多收合成孔径雷达(Multiple-Input Multiple-Output Synthetic Aperture Radar,MIMO SAR)的出现解决了上述矛盾,并且MIMO SAR可以获取更大的信息自由度,实现多模式、多任务协同。本文分别在短时移位正交(Short-Term Shift-Orthogonal,STSO)波形和正交频分复用线性调频(Orthogonal Frequency-Division Modulation Chirp,OFDM Chirp)波形两种体制下,对MIMO SAR俯仰向数字波束形成(Digital Beamforming,DBF)回波分离技术展开研究。第二章介绍MIMO SAR基本原理和实现MIMO SAR回波分离的关键技术,包括多维波形编码和数字波束形成技术;建立基于平面数字阵列天线和数字馈源阵反射面天线的MIMO SAR回波信号模型,并对MIMO SAR回波距离模糊进行说明。第三章基于STSO波形研究MIMO SAR俯仰向回波分离方法,推导线性移位和脉内循环移位的回波分离模型;针对反射面天线在MIMO SAR中的应用,提出距离多普勒域DBF的回波分离方法,有效解决了反射面天线方向图难以实现二维解耦合导致导向矢量失配的问题;针对STSO波形对地形敏感的特点,提出稳健DBF和波达方向估计相结合的导向矢量误差校正方法,较好抑制了高程失配下的主波束增益下降。第四章基于OFDM Chirp波形研究MIMO SAR俯仰向回波分离方法,对MIMO SAR OFDM Chirp波形的生成和分离流程进行推导,在平面数字阵列天线和数字馈源阵反射面天线的应用下进行了回波分离验证;进行非理想空域滤波器影响分析,指出对成像质量影响最严重的干扰来自发射波形的第二个零频点,通过自适应天线静态方向图控制,降低空域滤波器副瓣,削弱了干扰对成像质量的影响。