逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)无论白天黑夜或是云雨雾甚至极端天气条件下都能够实现探测,提供高分辨雷达图像,因此在众多领域被广泛应用。与合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像算法侧重研究回波信号距离向和方位向解耦合不同,ISAR成像算法更多地致力于非合作目标的运动补偿技术。对于一般的平稳运动目标,在运动补偿之后利用传统的距离-多普勒(Range Doppler,RD)成像原理就可以得到较高质量的图像;但对于具有高机动、自旋、章动、进动及三维转动等特性的复杂运动目标而言,传统ISAR成像技术的应用将遭遇诸多麻烦。雷达常常面临密集的多目标环境,如:飞机编队、多弹头弹道导弹、民航作业遭遇无人机干扰等。相较于单目标的情况,多目标由于相互之间运动上的差异导致成像处理过程要复杂得多。因此,分析同一雷达波束内多目标的运动及回波信号特征,并对相关ISAR成像技术展开研究,具有重要的现实意义和应用价值。更精确的图像和更高的分辨率预示着可以提取到关于目标或场景更加丰富的信息。随着研究的深入,迫切需要进一步提高分辨率以实现高质量的图像输出和解译,故有必要研究在不增大带宽和合成孔径条件下的超分辨成像技术。本文即围绕以上问题展开讨论和研究,主要工作包含以下几个方面:1.分析了目标运动对雷达信号所产生的影响,从三个方面对ISAR成像相关处理技术作以论述,具体包括:平动补偿、转动补偿(越距离单元走动校正)和成像处理。研究了几种常用的时频变换方法及其在非平稳信号处理中的应用。同一雷达波束内多目标的回波信号通常具有十分典型的非平稳特征,运动不同的多个目标在时频平面会表现出不同的多普勒历程。根据这一特性,在建立多目标ISAR成像模型的基础上,研究了基于时频分析的多目标ISAR成像方法。2.讨论了基于边缘检测及Hough变换的多目标ISAR成像方法,借鉴Hough变换检测直线的思想来分离不同目标的距离像,再利用单目标成像方法分别做成像处理。该方法处理多个目标非匀速运动导致距离弯曲的情况时,作用效果受到一定限制。本文基于广义二阶Keystone变换提出了一种新的多目标ISAR成像方法,经过二次项距离走动校正和线性距离走动校正两个步骤,实现不同目标的运动补偿,再进行分离和成像处理得到每一个目标的ISAR像。此外,还用到了多普勒谱峰值检测法来解模糊并将其推广至多目标及二阶的情况。3.多目标检测、高精度距离测定、仰角测定等操作通常是在准确估计目标运动参数的前提下进行。雷达与目标相对运动引起的多普勒变化近似为线性变化时,多目标信号的分析问题转化为多分量线性调频信号(Linear Frequency Modulation,LFM)的参数估计问题。考虑多目标存在更高阶运动的情况下,参数估计过程变得复杂。本文基于相邻相关降阶提出了一种新的多目标参数估计及ISAR成像方法,首先利用相邻相关函数对原始回波信号降阶,再联合广义二阶Keystone变换和FrFT实施多目标运动参数估计,最后构造运动补偿函数并分离成像。4.研究了基于谱估计的二维(Two Dimensional,2D)超分辨ISAR成像技术及应用。利用低分辨的CLEAN和高分辨的2D Unitary ESPRIT(U-ESPRIT)分别做散射中心提取,并对比了几种不同算法的性能。基于2D U-ESPRIT提出了一种复杂目标三维超分辨ISAR成像方法。首先对一个复杂目标进行电磁散射特性和三维回波数据仿真,再通过2D U-ESPRIT获取三维散射中心的位置坐标,并利用最小二乘法(Least Square Method,LSM)估计散射中心的强度。最后,结合三维坐标和强度信息实现复杂目标的三维超分辨ISAR像重建。由散射中心恢复出的一维距离像与原始一维距离像良好吻合,表明了该方法的准确性和有效性。而原本复杂的回波数据仅用部分关键位置处的散射中心来表示,降低了数据存储量和计算量的同时大大减少了无用信息,有利于后续的特征提取及分别识别等应用。5.舰船目标在海面上航行时通常会发生较为复杂的三维转动(横滚、俯仰和偏航),这些转动分量在不同时刻产生不同的多普勒调制效应,导致回波信号表现出明显的非平稳特征。在分析舰船目标回波模型及三维转动对多普勒影响的基础上,研究了基于时频分析的三维转动舰船目标ISAR成像方法。此外,还分析了多舰船目标ISAR成像中的特殊性问题。