雷达主动成像系统分为两种,即合成孔径雷达(SAR)成像系统与实孔径雷达成像系统。合成孔径雷达系统成像是通过雷达与目标之间的相对运动,形成大尺寸的虚拟孔径,从而实现方位向的高分辨。超表面孔径雷达成像系统是一种新体制的实孔径雷达成像系统,通过超表面孔径谐振单元的设计和优化布局,使其具有对电磁波强大的空间调制能力,在不同频率电磁波信号的激励下,可产生随机变化的空间辐射场,实现对目标场景的探测。因其具有体积小、成本低、系统复杂度低以及全天候等优点,超表面孔径成像雷达未来在导弹导引头前视成像、无人平台环境感知和行星探测器环境感知等方面将有广泛的应用前景。超表面孔径成像雷达系统的显著特征为电磁超表面对电磁波强大的调控能力,在不同频率电磁波信号的激励下,可在空间产生随机变化的方向图对目标场景进行照射并接收目标散射回波,实现对目标场景信息的获取。受限于超表面孔径谐振单元尺寸大小以及系统工作带宽的影响,所能够产生的测量模式数是有限的,因此超表面孔径雷达成像需要解决从少量观测值中求解大量未知参数的病态逆问题。本文主要研究内容是超表面孔径雷达成像基础理论、超表面孔径雷达成像算法、超表面孔径雷达成像系统搭建以及实测实验数据的处理分析。文章不对超表面孔径的具体设计仿真做过多的研究阐述,具体研究内容包括以下几个方面:(1)超表面孔径雷达成像基础理论:包括孔径谐振单元的频率敏感特性、超表面孔径在空间产生随机辐射场的机理以及超表面孔径对成像场景探测的数学原理等。(2)超表面孔径雷达成像算法:对正交匹配跟踪算法(OMP)、稀疏贝叶斯学习算法(SBL)与复近似消息传递算法(CAMP)三种压缩感知稀疏重构类算法作了原理介绍,并进行了算法仿真分析以及算法性能比较。(3)根据本文所用超表面孔径雷达系统的特点,研究了超表面孔径实现超分辨的原理,提出了一种基于线性调频信号的超表面天线三维成像方法。首先对所提算法进行了原理介绍以及公式推导,所提算法首先对三维散射回波信号作距离估计,并求解目标信号功率;根据设置的功率检测门限,对目标信号功率进行检测,重构方位-俯仰二维频域回波;结合超表面频率敏感方向图矩阵,对频域回波完成重构,最终实现三维目标成像重构。然后设计了以五个角反射器为目标场景的实测成像实验,实验结果表明提出的算法有效重构了目标,实现了5倍角度超分辨,同时也验证了超表面孔径雷达在空间产生随机辐射场的准确性。提出的算法在重构过程中实现了降维成像计算,相比于现有的大多数算法,比如三维压缩感知、距离解耦合等算法,减小了计算复杂度,提高了目标分辨能力。(4)超表面孔径雷达成像系统搭建以及实测成像实验数据分析处理:首先对本文使用的超表面孔径雷达成像系统进行简要的介绍;然后设计了三维目标场景成像实验,最后利用本文研究的几种成像算法对回波数据进行处理分析。