合成孔径雷达三维成像(Three-Dimensional Synthetic Aperture Radar Imaging,3D-SAR)是在常规SAR二维成像基础上发展起来的一种新型微波成像技术。3D-SAR不仅可以实现常规SAR和InSAR系统的二维高分辨率成像和高程测量功能,而且还能实现对观测对象的三维分辨成像以及获取观测对象散射中心的三维分布信息,拓展了现有SAR系统的性能和应用领域。　　 基于阵列天线的SAR三维成像技术是实现SAR三维分辨成像的重要方式之一。本论文针对基于收发共用、单发多收(SIMO)、双发多收(DIMO)和多发多收(MIMO)阵列天线构型的下视3D-SAR的信号模型、分辨特性和三维成像方法展开研究,并构建了基于地面轨道平台的阵列天线3D-SAR原理验证装置,通过外场实验验证了部分理论模型和成像方法的有效性。具体研究工作如下:　　 1、在分析下视成像雷达的二维成像原理和分辨特性的基础上,建立了基于收发共用阵列天线的下视3D-SAR的信号模型,推导了收发共用下视3D-SAR在三维波数域中的信号频谱解析表达式,在此基础上推导了收发共用下视3D-SAR的三维分辨特性以及阵元间距选择依据。　　 2、将SIMO阵列天线构型引入到下视3D-SAR中,建立了基于SIMO阵列天线的下视3D-SAR的几何模型和回波信号模型,推导了SIMO下视3D-SAR在三维波数域中的信号频谱解析表达式,通过理论推导和计算机仿真分析了SIMO下视3D-SAR的三维分辨特性,给出了SIMO下视3D-SAR的阵元间距选择依据。　　 3、提出了适用于SIMO下视3D-SAR的两个三维成像算法。其中,针对SIMO下视3D-SAR的信号频谱中存在着关于目标位置的非线性相位项的问题,本文提出了基于非线性相位项补偿的三维距离徙动成像算法；针对常规SAR在俯仰角方向不具备角分辨能力的问题,本文提出了基于俯仰角压缩的三维成像算法。通过仿真验证了两种算法的有效性。　　 4、针对SIMO下视3D-SAR的跨航向分辨率较低的问题,本文提出了基于DIMO阵列天线的下视3D-SAR工作模式,建立了DIMO下视3D-SAR的几何模型以及分别基于时间分集和波形分集的信号模型,给出了相应的三维成像方法,通过仿真验证了信号模型与成像方法的有效性。　　 5、针对SIMO和DIMO下视3D-SAR工作模式均要求阵元密集分布的问题,本文给出了一种优化的MIMO下视3D-SAR的阵列天线布阵方式,并对MIMO下视3D-SAR的信号波形设计要求和三维成像处理方法进行了初步研究。　　 6、构建基于地面轨道平台的阵列天线3D-SAR原理验证装置。给出了原理验证装置的成像几何与系统总体方案,给出了阵列天线的设计方案与性能测试结果、切换开关阵的设计与选通控制方案以及电缆线的连接方案,实验结果验证了本文提出的部分理论模型和成像方法。