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星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)正向着更高性能，更多功能的方向发展。高分辨率，宽测绘带能够提供更为精确和更为广阔的目标信息，既有利于目标识别和特征提取又具有全局判读能力。高系统灵敏度能够使得SAR系统的信噪比指标更好，从而获得更高质量的SAR图像，便于目标判读，提高目标识别率。 然而传统星载SAR系统受限于最小天线面积约束，方位向分辨率与测绘带幅宽之间性能相互制约;随着雷达分辨率的提高，卫星飞行轨迹的弯曲性不能被忽略，基于直线飞行轨迹的信号模型和传统的成像处理算法不再适用;随着测绘带区域的不断拓宽，距离向需要更宽的波束覆盖，而宽波束覆盖需要较小的天线尺寸，但雷达波收发增益与天线表面积成正比，更小的天线尺寸具有较低的收发增益，从而降低系统灵敏度;为了改善成像图像质量，抑制基于传统线性调频波形星载SAR的图像旁瓣也会带来系统灵敏度损失。上述问题均阻碍着星载SAR性能的进一步提升，本文主要针对以上问题，对若干新体制SAR技术展开探索与研究。论文的主要工作和创新性贡献包括以下几个方面: 1.系统的研究了高分辨率星载SAR成像模型。详细分析了典型星载SAR信号模型的特点、精度和适用范围。基于改进的等效斜视距离模型，提出一种扩展的双曲线等效斜距模型，并根据该斜距模型建立了高精度星载SAR信号模型。在合理近似的条件下，推导了基于该信号模型的高精度两维频域表达，并通过仿真验证了该信号模型和其频域表达的精度，为进一步研究高分辨率星载SAR频域成像处理算法打下基础。 2.深入研究了基于非线性调频体制的SAR成像模型与处理方法。推导了非线性调频波形的信号模型，形成了基于驻定相位原理的信号构建方法。由于非线性调频信号敏感于系统误差，所以通过实际的雷达系统，用非线性调频脉冲信号做收发回路实验，初步验证了在做适当预失真的前提下，非线性调频信号应用于雷达系统的可行性以及其在相同旁瓣下相比于线性调频信号的信噪比优势。研究了基于非线性调频信号的SAR成像处理算法，并针对非线性调频信号多普勒效应敏感性较强的问题，提出了针对两维SAR信号的多普勒效应补偿方法。将非线性调频信号应用于实际的机载SAR系统并进行了首次非线性调频信号机载SAR飞行实验，成功获取了实测数据与图像，进一步验证了非线性调频信号在SAR中应用的可行性。 3.深入研究了基于方位向多通道的星载SAR技术。推导了经典的基于方位多通道的多普勒频谱重构原理，详细分析了频谱重构算法对SAR系统方位模糊和输出信噪比的影响。针对多通道情况下频谱重构滤波器组对模糊信号加权从而恶化方位模糊的问题，本文提出了一种基于方位向天线方向图的多普勒频谱重构算法，该算法基于天线方向图构建模糊和信号模型，在重构带内信号的基础上以最小化模糊能量为原则构建重构滤波器。该重构算法能够显著降低方位多通道SAR系统方位模糊，而且当脉冲重复频率处于奇异点附近时此算法仍具有稳健的频谱重构性能。 4.重点研究了基于俯仰向多通道的星载SAR相关技术。推导了基本的俯仰向多通道数字波束形成(digital beamforming，DBF)的处理原理与方法。针对俯仰向DBF需要耗费大量硬件资源实现星上实时处理的问题，提出了一种改进的DBF处理架构，该架构可大大降低系统资源占有率并得到与传统方案等效的DBF输出结果。随着测绘带幅宽的逐步加大，DBF接收的扫描角度范围也不断加大，此时通道间的斜距误差随距离向的空变性不可忽略，测绘带边缘会出现接收增益下降的现象。本文提出了一种基于变标技术的DBF处理方案，该方案可有效地补偿通道间斜距误差的空变性，提升回波接收增益。之后详细分析了俯仰向DBF对SAR系统性能的影响并给出了与方位向多通道结合的高分宽测星载SAR系统设计流程与实例。最后研究了基于俯仰向DBF波形分离技术的一种多发多收(multiple-input multiple-output, MIMO)SAR体制，该体制的多个发射通道的信号基于短时正交理论而建立，借助俯仰向DBF零点指向技术实现回波分离，最后可以得到比单发多通道更多的相位中心，进一步提高SAR系统性能。