相控阵天线具有诸多优点,但由于它的波束方向图只依赖于角度,与距离无关,使得其在目标检测和参数获取方面还存在一些问题。如无法有效地抑制距离依赖的干扰和杂波、无法直接从波束方向图对目标进行方位-距离定位和成像,需要借助宽带信号获取距离向信息。频率分集阵列（Frequency Diverse Array,FDA）可以产生距离-角度依赖的波束方向图,这使其在抑制距离依赖的干扰和杂波、联合距离-方位定位和成像方面极具应用前景。本文针对目前频率分集阵列雷达目标定位和成像研究中存在的问题:由于距离-角度解耦效果不理想引起的目标定位模糊、频率分集阵列由线性阵列向平面阵列扩展时的耦合处理和阵列设计问题。寻求高效、可靠的解耦方式,并结合有效的信号处理和合理的阵列设计完成目标的二维位置估计和三维成像。主要研究内容如下:（1）提出双边带频率分集阵列雷达系统,并提出基于接收波束形成的双边带FDA单目标定位方法和基于子空间分解的双边带FDA多目标定位方法。双边带FDA根据正负频率增量所形成的波束方向图方向相反且对称的特性,同时利用上下边带信息完成对距离-角度的解耦。该方法与多载波解耦方法相比发射波形简单易于优化,与发射两次不同频率增量的多脉冲频率分集阵列相比,仅需发射一次脉冲即可解耦,且解耦后的波束分辨率高,波束规整。（2）针对随机频率分集阵列未完全利用全部频带和无法实现可靠性解耦的问题,提出随机置换频率分集阵列,并提出引起定位模糊的频率增量系数向量的判断准则。通过推导频率增量系数向量和目标定位模糊之间的解析关系,揭示了目标定位模糊的根本原因——不同阵元上随机频率增量系数与阵元位置系数组合之间的线性相关性。从而根据频率增量系数之间的代数关系,设计了引起定位模糊的频率增量系数向量的判断准则。不同于现有的频率增量系数向量设计方法,本文提出的判断准则针对所有确定性频率增量系数向量均可可靠地判断其定位模糊性。（3）针对随机置换频率分集阵列多目标定位中存在的特殊性——目标相对位置也可引起目标定位模糊,分别提出两目标下引起定位模糊的频率增量系数向量的判断准则和多目标下引起定位模糊的频率增量系数向量的判断准则。揭示了两目标下定位模糊的实质——两目标位置满足最小周期性条件时,引入了频率增量系数与阵元位置系数之间新的线性关系,和多目标下定位模糊的原因——目标相对位置形成的关系矩阵的秩亏损。由此,设计了基于频率增量系数代数关系的判断准则和基于目标位置关系矩阵秩的判断准则。进一步约束随机频率增量系数向量的选取,实现随机置换频率分集阵列多目标无模糊定位。（4）上述高效可靠的解耦方法使FDA容易扩展到二维平面阵列。解耦后的平面FDA,可获得比传统平面FDA规则的三维点状波束方向图。然而,二维阵列由于阵元个数较多,会带来天线尺寸较大、阵列集成困难、所需滤波器较多等问题,不易用于实际场景且较难实现。针对这一问题,提出一种用于目标三维成像的频率分集阵列合成孔径三维成像（3D-FDA-SAR）系统,通过将3D-SAR中的实阵列由相控阵改为频率分集阵列,可同时解决3D-SAR存在的射频端复杂度问题和平面FDA存在的难于实现的问题。3D-FDA-SAR阵列架构设计在空间资源和时间资源方面取得了良好的折中,可同时满足成像系统性价比、实时性和分辨率的要求。