合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)在全天时、全天候、工作距离远、高分辨和穿透能力强等有显著优势,近几年来在军事预警、态势评估、灾害预警、资源管理勘探、环境治理以及海洋资源开发等方面都使雷达发挥着难以替代的作用。随着数据处理技术的创新和雷达成像模式和体制的突破,三维成像和视频成像技术也逐步提出和发展。而星载合成孔径雷达作为卫星领域优先发展的重中之重,以其高分辨,宽测绘的优势,在地面信息的反演,地表形变以及动目标跟踪等领域发挥着举足轻重的作用。高分辨、三维立体成像一直是星载SAR追求的重要指标性能,而合成孔径时间的长短会直接影响分辨率,为了获得SAR图像慢时间维度更高的分辨能力,聚束SAR模式被人们提出和研究。聚束模式在一定程度上拓展了慢时间域的观测,进一步提高了分辨率。常规的SAR模式都是对固定场景进行成像,可当场景中出现动目标且当目标逃离成像区域后,就无法进行相关数据获取,为了实现对动目标的持续动态观测、跟踪成像,需要研究新的成像模式,本文就是基于这样的需求,立足于圆迹SAR的数据获取方式,提出了星载追踪视频多天线SAR成像模式,讨论了该模式的成像条件,对圆迹条件下的多天线系统的信号回波进行建模和研究,充分结合信号相关处理技术,研究多天线SAR二维及三维成像、旁瓣抑制、跟踪滤波以及高帧率视频帧形成等问题,进而提出星载追踪视频多天线SAR的视频成像方案。主要研究内容和贡献如下:(1)给出星载追踪视频多天线SAR三维成像的物理空间条件,并提出波束追踪模型。首先,给出星载圆迹SAR对地观测的结构关系,全面分析了星载圆迹轨道形成的物理条件,根据地球同步轨道的六根轨参数模型,通过设置相关参数,实现星载圆迹轨道的条件;然后,针对动目标运动情况,建立波束追踪模型,推导动目标条件下波束追踪的角速度和速度的表达式。六根轨参数模型和波束追踪模型为星载追踪视频多天线SAR三维成像提供了理论实现条件。(2)提出交互式多模型跟踪成像方法。为了实现星载追踪多天线SAR的三维成像目标,首先,给出了星载圆迹SAR的几何构型和信号回波模型,并进行了圆迹SAR成像的模糊函数以及部分孔径和全孔径条件下的分辨率分析;随后,在前一节的基础上,给出了多天线系统下的信号回波模型,通过分析点扩散函数来进一步理解信号处理结果;再者,通过后向投影算法(BP)给出了时域处理的成像方法;然后,针对圆迹SAR成像旁瓣较高的特性,研究了基于空间切趾滤波(SVA)的旁瓣抑制方法,通过升余弦函数的参数最优化,在保证主瓣宽度不变的同时,对点目标的旁瓣有明显的抑制效果;最后,基于交互式多模型滤波理论,并结合后向投影算法,在追踪模式条件下,提出了交互式多模型追踪成像方法,实现对场景中动目标的持续追踪成像,进一步扩展了时间的观测维度。(3)为了实现视频SAR的高帧率成像条件,引入了移位寄存器的数据处理结构,并通过划分子孔径,子图像融合实现图像分辨率的提高。首先,给出了本文所研究的星载追踪视频多天线SAR的构型,并探讨了视频SAR的视频帧的提取方式,分别分析了无重叠和有重叠条件下的视频帧率和分辨率的关系;其次,引入了一种基于移位寄存器的快速成帧结构,通过分析,给出快速形成视频帧的方法;最后,给出了子孔径成像模式下,子图像融合方法流程,通过子图像融合,进一步提高图像分辨率。以上所研究的星载追踪视频多天线SAR三维成像技术,是基于动目标观测存在逃离成像区域的这一问题而建立的一种新的成像模式,其中一些问题也是亟待解决的技术难题,在解析星载圆迹SAR的特点和星载追踪视频多天线SAR信号回波模型的基础上,进行严密的理论推导和科学的仿真及半实物数据实验,最终获得星载追踪视频多天线SAR三维成像和视频帧的结果。通过本文的研究不仅能够充分发挥多天线SAR构型特点,提高目标三维成像性能,而且所提出的波束追踪技术、跟踪成像技术以及快速成帧结构对水下潜航器探测等领域也具有的参考意义和应用价值。