逆合成孔径雷达(ISAR)作为一种新体制雷达,能够对飞机、导弹、舰船、卫星等运动目标进行高分辨二维成像,在战略防御、战术武器、反卫星等军事领域以及未来的空中、空间交通管制等民事领域中都有重要的应用价值。在这其中,为了对空间中的宇宙飞船、空间站、人造卫星、空间碎片等目标进行更准确、更有效地观测,本文提出将ISAR成像设备安装在编队飞行的卫星平台上,建立星载干涉ISAR三维成像空间目标观测系统。这种方式一方面有效避开了大气窗口对成像质量的影响,另一方面三维成像比二维ISAR成像增加了目标在一个维度上的信息,对目标的立体几何结构描述更加清晰,使得原来通过一系列图像才能得到的目标识别率现通过一幅图像就可获得。然而星载ISAR/干涉ISAR成像遇到了传统ISAR/干涉ISAR成像不曾遇到的新问题,本文深入分析和研究了这些新问题,并提出相关解决方法。具体内容概括如下:(1)阐述了二维ISAR成像和干涉ISAR三维成像基本原理。重点阐述了ISAR成像中的RD成像算法和运动补偿算法,为后续星载ISAR的成像特性分析奠定了基础;归纳总结了传统干涉ISAR三维成像的关键技术,为后续研究卫星编队干涉ISAR三维成像中这些关键技术的体现及解决提供了对照和分析的基础。(2)针对星载ISAR在观测卫星和空间目标两方面运动引入的新问题,分析了星载ISAR成像特性及RD算法的适用条件。首先,结合空间物体轨道运动规律的六要素描述和ISAR成像的运动补偿原理,分析了观测卫星轨道运动的ISAR成像问题;然后从信号回波角度入手研究了观测卫星姿态抖动的幅度、频率和初始相位对ISAR成像的影响并给出量化结果;接下来根据空间目标的运动特点,分别研究了轨道运动占优和旋转运动占优的ISAR成像模式;最后指出了RD成像的适用条件。该部分内容为卫星编队的星载ISAR成像算法研究奠定了基础。(3)为实现对空间目标的三维成像,建立了基于卫星编队的星载干涉ISAR成像系统并研究了相关的成像算法及问题。首先,由于星载干涉ISAR不再满足传统干涉ISAR正交天线配置的几何条件,本文提出了非正交天线配置下的干涉ISAR成像算法。根据新的干涉ISAR成像算法,量化分析了卫星平台的编队绕飞运动对二维成像及干涉成像的影响,并通过分析回波信号相关性和高度主值区间分别确定了水平基线和垂直基线的限制条件。在此基础上,提出利用长基线下的天线间视角变化获取目标多姿态图像的ISAR多姿态成像算法,这种算法可以获取比常规ISAR成像更多形状和结构信息。更进一步,针对实际中空间轨道运动目标由于等效旋转角速度未知等因素导致目标横距无法从ISAR像中估计的情况,提出了未知轨道运动目标的干涉ISAR三维成像算法,通过对目标运动造成的三通道回波相位变化进行分解、化简和补偿,实现了直接从ISAR回波相位中估计散射点横距及高度位置信息。(4)为提高在编队绕环全周期内的干涉高度成像精度,提出了基于五星编队构形的多基线相位解缠法。这里首先根据非正交天线配置下的干涉ISAR成像公式推导了决定高度成像精度的六个描述量,通过对各描述量实际影响的量级分析,确定了提高高度成像精度与相位解缠的关系。然后,研究了两种利用散射点间相关性的解缠方法:最小生成树法和蚁群优化算法,理论分析和仿真结果表明ISAR图像中的大量高度不连续点使得这类方法会出现错误甚至失效。为此,本文研究了利用ISAR卫星自身优势的基于卫星编队多基线相位解缠法,该方法充分考虑卫星编队绕环一周的水平和垂直基线变化,在绕环过程中可以同时减小干涉相位测量偏差并改善水平-垂直基线的比值,有效提高了编队绕环全周期内的高度成像精度。仿真实验与结果比较证明了该方法的有效性。