合成孔径激光成像雷达(Synthetic Aperture Imaging Ladar，简称SAIL)是从微波波段的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)发展而来的一种成像雷达形式，是一种通过相干技术，利用运动孔径合成原理实现远距离、高分辨的成像观测手段，具有全天候、全天时、远距离、高分辨等优点。在军事、航天遥感、机载遥感、海洋陆地监测等领域具有广泛的应用价值。目前为止，主要发展了两种合成孔径激光成像雷达模式:利用测距原理及多普勒效应进行成像的侧视合成孔径激光成像雷达，和利用空间光相位调制原理进行成像的直视合成孔径激光成像雷达。侧视体制合成孔径激光成像雷达采用本振光与信号光混频的接收方式，这种情况下大气的扰动对雷达成像影响较大;为了实现方位向的良好成像，需要保证方位向初始相位的稳定，即触发位置选择在发射信号频率的固定位置，但在实际应用中，由于发射信号频率的漂移、噪声等原因，实现起来相对困难;侧视SAIL中目标处成像光斑的大小以及系统的方位向分辨率都是由雷达天线口径决定的，由衍射光学原理可知，小的天线口径经过衍射之后，形成的目标处光斑较大，所以为了增大成像视场，需要小的天线口径;但是天线口径的减小又会影响接收信号的能量，降低接收信噪比，所以侧视SAIL在应用时要综合上述因素，这在某种程度上影响了侧视SAIL的工程实用化。　　直视SAIL的成像原理利用自由空间波前变换技术和光学调制技术，通过发射两束同轴同心正交偏振的光束，采用自差接收方式，可以有效的克服大气湍流等影响。这种雷达体制充分的发挥了光学优势，降低了系统的复杂度，为解决合成孔径激光成像雷达工程化难题提供了一种有效的解决途径。　　为了满足机载直视SAIL高速成像的要求，需要一种自由空间波前相位调制模块来满足高速调制要求。同时，雷达平台的运动轨迹很容易受到大气扰动、飞行姿态改变等因素的影响进而使雷达载体轨迹偏离理想直线。因此，基于惯性导航系统参数的运动补偿便成为了获得良好聚焦图像的一个重要前提。另一方面，要实现精确的运动补偿就必须拥有高精度的雷达位置、姿态信息。然而在大多数情况下，装配的导航装置并不能提供符合精度和稳定性要求的运动参数，同时由于大气湍流等非可测量因素对成像的影响，必须开发基于回波数据的误差估计和补偿方法，即图像的后处理研究。　　本文在直视SAIL的基础上，围绕高速直视SAIL系统设计、图像重构及图像后处理展开了深入的研究，所做的主要工作及创新如下:　　(1)针对直视SAIL等高速成像的要求，提出了具有自补偿功能的高速直视合成孔径激光成像雷达相位调制模块设计，完成了相关实验，验证了模块的可行性、可靠性。该模块可以对两束同轴同心偏振正交的光束进行了二维空间波面调制，其中，通过高速振镜对交轨向相位进行正弦调制，通过曲率半径相反的柱面镜实现对顺轨向的空间二次项相位调制。　　(2)为了实现直视SAIL高速成像的要求，交轨向的相位调制模块采用往返正弦调制方式。相较于理想的线性往返调制，可以达到很高的调制速度，同时可以避免相位调制模块高速线性调制状态下急起急停对硬件的损伤。针对此种情况，基于重采样原理，提出了交轨向非线性补偿算法，这部分为直视SAIL的高速成像提供了前提。　　(3)针对机载直视SAIL的情况，系统的分析了机载情况下坐标系的转化关系，以及飞机飞行姿态（偏航，俯仰，翻滚，平移）和飞行轨迹（三轴平移和三轴速度）的改变对于雷达成像的影响，给出了一维仿真结果，验证了影响分析的正确性;基于惯性导航系统的参数提出了一套运动补偿算法，进行了模拟仿真，并于2016年7月份进行的3km机载实验中验证了算法的正确性和可行性。　　(4)开展了直视逆SAIL的远场试验验证，成像距离达到了1.8km和3.4km，获得了理想的分辨率，清晰的成像结果，对以后在战略防御、反卫星、战术武器以及雷达天文学中有着重要的应用价值。　　(5)对目前SAR的图像自聚焦算法进行了系统的分析，其中重点分析了基于图像参数（锐化函数，熵等）自聚焦算法，提出了一种基于遗传算法的最大锐度算法，该算法可以在求取相位误差的过程中忽略初始值的影响，实现全局最优化。