合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）具有全天时、全天候、作用距离远以及穿透性强等优点,被广泛运用于军事侦察和民用测绘等领域。随着航天技术的发展,将SAR载荷搭载在卫星平台的遥感系统已经成为了研究热点。目前在轨的星载SAR多为低轨SAR（Low Earth Orbit SAR,LEO SAR）,其方位分辨率与测绘带宽度相互制约,重访周期长,抗打击能力弱,提升卫星轨道高度是解决这些问题的有效方法。中轨SAR（Medium Earth Orbit SAR,MEO SAR）的轨道高度在2000至20000公里,相比LEO SAR,其波束覆盖范围广,具有广域监视、宽测绘带高分辨成像、重访周期短以及抗摧毁能力强等优点,对未来遥感系统的发展有着非常重要的意义。由于轨道的升高,MEO SAR所消耗的功率比LEO SAR更高,以MEO SAR卫星为发射机平台,低空飞机为接收机的MEO星机双基SAR系统能够解决这一问题,可以实现对感兴趣区域的高分辨成像。MEO SAR卫星运行在较高的轨道上,合成孔径时间比较长,导致运动轨迹弯曲,传统的SAR斜距模型不再成立,使得适用于LEO SAR的成像算法失效,无法实现MEO SAR的高分辨成像。本文从系统特性入手,分析了MEO SAR的系统参数,围绕多普勒特性及波束控制、单/双基的斜距模型与回波信号模型、二维频谱、成像算法等方面展开了深入的研究。主要研究工作如下:（1）建立了MEO SAR的空间几何模型,探究了轨道参数对星下点轨迹的影响,分析了MEO SAR的运动特性。结合系统特性,推导了MEO SAR精确的合成孔径时间、二维分辨率,研究了脉冲重复频率的选择。（2）根据卫星的运动参数,研究了MEO SAR多普勒参数在卫星运行周期内的变化规律,分析了由于卫星姿态扰动所引起的多普勒参数变化。针对多普勒中心的变化,分别研究了圆轨道与椭圆轨道下的波束偏航控制方法。（3）针对MEO SAR的弯曲轨迹特性,讨论了线性斜距模型和非线性斜距模型的适用性,给出了更精确非“走-停”斜距模型。建立了点目标的回波模型并推导了二维频谱,给出了小场景的成像算法。进一步分析了MEO SAR宽幅场景回波的二维空变性,提出了两种方位空变的补偿算法,一种是通过方位非线性变标实现方位均衡的扩展非线性调频变标算法（Extended Nonlinear Chirp Scaling,ENLCS）算法,另一种为基于两步方位空变补偿的改进线性调频变标（Modified Chirp Scaling,MCS）算法。（4）根据几何模型建立了MEO星机双基SAR的回波模型,对比了两种单基等效的斜距模型的合理性,给出了成像算法。为实现更精准成像,研究了基于级数反演的成像算法。针对接收机斜视情况下,回波方位存在严重的空变性,提出了一种精确的空变模型,并利用非线性调频变标（Nonlinear Chirp Scaling,NLCS）算法进行了验证。