合成孔径雷达(SAR)是一种主动式发射微波的高分辨率成像雷达,具有全天候、全天时、穿透力强的特点,在灾情预测、地质探测以及情报侦察等方面都有着非常广泛的应用。相比于机载SAR,星载SAR具有测绘带宽大、不受领空主权限制等优点,但其系统配置、成像处理也更加复杂。高分辨率大测绘带宽成像一直都是SAR系统不断追求的目标,目前全世界各国已发射的在轨SAR卫星高达几十颗,但高分辨率特别是分米级SAR卫星却不多。高分辨率星载SAR的成像难点在于当成像分辨率很高时,适用于传统SAR的轨道直线近似、“stop-and-go”近似、等效速度不变等前提已不再适用,基于这些前提推导出的成像算法也不再有效,再加上卫星姿态误差、大气传播误差、地球自转等不可控因素,都加大了高分辨率星载SAR的成像难度。因此,本文主要针对聚束模式、滑动聚束模式和马赛克模式三种高分辨率星载SAR系统,推导了适用于这三种成像模式的改进NCS(Nonlinear Chirp Scaling,NCS)成像算法。论文主要工作和贡献包括:(1)详细分析了高分辨率星载SAR的成像特性,阐述了高分辨率星载SAR最小天线面积、方位频谱混叠等限制。同时,研究了不同的斜距模型,并对其适用的成像分辨率以及近似误差进行了分析和比较。(2)针对滑动聚束模式星载SAR在实现高分辨率大方位场景成像时,传统两步成像方法在消除方位频谱混叠的同时,容易引起聚焦图像时域混叠的问题。为解决此问题,在满足方位分辨率和成像场景的条件下,推导出方位时域混叠的滑聚因子临界值,进而对两步成像方法进行了改进,并采用deramp加NCS算法的组合模式对图像精确聚焦。点目标和面目标成像仿真结果表明:该方法在有效消除方位频谱混叠的同时,能有效避免时域混叠问题。(3)针对聚束模式高分辨率星载SAR,对基于改进双曲斜距模型(Advanced Hyperbolic Range Model,AHRM)的NCS成像算法进行改进。首先,将基于AHRM的精确二维频谱展开到四次项,在进行三次项滤波的同时消除四次项的影响。其次,采用解析法推导出距离徙动轨迹随距离非线性变化的因子表达式,和距离频域调频率随距离线性变化的斜率。基于以上两点对NCS算法的扩展和改进,点目标和面目标成像仿真实验验证了所提成像方法的正确性和有效性,能够对分辨率0.25m,成像场景8km的聚束模式回波数据精确聚焦。(4)针对马赛克模式高分辨率大成像时间的工作特点,提出等效斜视距离模型结合轨道分段的成像处理方法。首先,采用了一种有别于一般多普勒参数估计的方法,为每一个马赛克单元提供不同参数的等效斜视距离模型。其次,针对边缘马赛克单元大斜视角的问题,对传统的NCS成像算法进行了改进,在距离频域调频率随距离线性变化的基础上,考虑其随距离的非线性变化。最后,通过点目标成像仿真实验验证了所提成像方法的正确性和有效性,能够对方位分辨率1m,斜距分辨率0.6m,成像场景30km的马赛克模式回波数据精确聚焦。