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回波信号模拟是合成孔径雷达(SAR)模拟技术的基础，它在合成孔径雷达系统集成测试和成像算法的研究中，具有十分重要的作用。在目前的SAR回波数据模拟中，主要以点目标和点阵目标的回波仿真为主。然而，在研究高精度运动补偿算法，SAR制导中的景象匹配算法以及干涉SAR中的相位解缠算法时，点目标仿真已经难以满足要求，需要模拟自然场景的回波数据。传统的回波模拟技术都是以飞行轨迹是理想的直线这个假设为前提的，然而在机载SAR情况下，可能出现较大的轨迹运动误差和姿态指向误差；此时，传统的回波模拟方法不再适用，需要研究新的回波模拟方法。
本论文以工程应用为背景，对机载合成孔径雷达回波模拟方法进行了深入的研究，给出了适用于径向运动误差和姿态指向误差的机载SAR回波模拟方法，并推导了相应的回波信号公式。对SAR地面运动目标回波信号进行了详细分析，给出了适用于分布运动目标的回波模拟方法。所有的回波模拟方法都通过实际SAR系统得到了验证，可以有效的生成回波数据。
论文的主要贡献归纳如下：
(1)给出了SAR自然场景回波模拟框架，它包括物理模型和回波生成算法两部分。分析了回波生成的最优算法和次优算法，指出次优算法是SAR回波模拟的研究热点。
(2)结合自然场景的地形模型和散射模型，提出了一种基于等效散射单元的自然场景后向散射系数的计算方法，详细分析了该方法中使用的距离向斜距近似对回波模拟和成像处理的影响。通过计算机仿真实验，分析了电磁波入射角度、目标相对介电常数和地表粗糙度与后向散射系数之间的关系。
(3)对机载SAR回波信号进行了公式推导和频域分析，指出存在径向运动误差时，传统的二维频域模拟方法不能直接使用。由此，提出了一种适用于径向运动误差的时频域模拟方法，详细分析了该方法的使用条件，并证明了它对于机载SAR系统的适用性。仿真结果表明，该方法的仿真精度高于二维频域模拟方法，计算效率远高于时域模拟方法，可以用于自然场景的回波模拟。
(4)研究了存在姿态指向误差的机载SAR回波模拟方法，给出了适用于波束指向抖动误差和波束指向平均误差的回波模拟方法；针对这两种方法，分别从运算量、存储空间和仿真精度等几个方面进行了深入分析。通过点目标和自然场景的仿真实验，证明了该回波模拟算法的有效性。
(5)研究了合成孔径雷达地面运动目标回波信号的模拟方法，给出了分布目标规则运动时，回波信号的二维频域模拟方法；提出了一种适用于目标不规则运动的时频域模拟方法；将模拟运动目标回波信号与真实数据相结合形成混合数据，这样得到的数据同时具有上述两种数据的优势，更有利于完成对运动目标检测算法的验证。仿真结果证明了该回波模拟算法的有效性。