三维MIMO-SAR(Multiple-Input Multiple-Output Synthetic Aperture Radar, MIMO-SAR)是指采用多输入多输出(MIMO)技术并具有三维分辨能力的合成孔径雷达(SAR)。它不仅继承了传统三维SAR技术的优点，而且由于引入了MIMO技术而带来诸多潜在的应用优势，成为现代成像雷达领域的一个热点研究课题。　　本文对三维MIMO-SAR系统的成像机理进行了研究，并重点对MIMO天线阵列和波形的设计与优化进行了研究。主要内容如下：　　1．研究三维MIMO-SAR系统的基本原理，并对其空间模糊函数及三维分辨率进行了研究与分析。　　2．分析了影响三维MIMO-SAR系统阵列天线性能的主要因素，并重点对分辨率、抖动误差等因素与天线阵列之间的关系进行了研究，为后续MIMO天线阵列的设计与优化提供了指导，随后对用于MIMO天线阵列设计和验证的方法进行了介绍。　　3．根据三维MIMO-SAR系统设计要求的不同，对MIMO天线阵列模型进行了设计与优化研究，提出了几种新型非均匀的MIMO天线阵列模型：　　a)为获得最大的切航迹分辨率，本文在德国双端发射模型的基础上提出了一种改进型的线形“密-疏-密”模型；　　b)为尽可能地减少阵列的抖动误差，提出了一种线形“疏-密-疏”模型；　　c)在综合考虑切航迹分辨率和抖动误差的情况下，提出了一种线形“疏-密-密-疏”模型及其改进模型；　　d)本文还设计了一种错开分布的线阵模型，该结构可以增加MIMO天线阵列布阵的灵活性，使其适应更多的飞行平台。　　最后通过相应的计算机仿真验证了上述阵列模型的可行性和有效性。　　4．分析并比较了几种常见的波形设计方法，指出了其各自的优缺点，并提出了一种基于不同调频斜率的准正交线性调频(LFM)信号的波形设计方法，该方法可以很好地实现波形的分离，而且能够兼容原有三维SAR的成像理论，最后通过计算机仿真实验验证了该方法的正确性和有效性。