逆合成孔径雷达(ISAR)在战略防御、反卫星、战术武器以及雷达天文学中都有重要应用价值。但由于观测目标通常是非合作目标,其目标特性和运动轨迹等很难确定,成像的关键就在于能否实现精确的运动参数估计并补偿。本文针对ISAR运动补偿及成像问题,运用时频分析和图像处理进行了深入研究。对时频方法在ISAR信号处理中应用的研究主要包括以下几个方面:(1)在研究分析多种补偿方法的基础上,本文提出了基于时频分析和图像处理的一种快速补偿算法,它直接从时频分布图像和距离像徙动的图像入手来提取目标的运动信息因而避免了传统时频补偿方法复杂的多维参数搜索过程,减少了运算量,同时也克服了大多数运动补偿方法对机动目标成像的困难,获得了很好的成像效果。(2)在研究多种成像方法的基础上,着重分析了ISAR时频成像,通过仿真证明它比传统距离-多普勒成像算法有显著的优势。(3)对多种线性和非线性时频分布进行了研究,将STFT、CWT、PWVD等性能较好的时频分布应用于ISAR信号处理中。此外,本文还研究了线性调频步进信号(SFCS)和频率步进信号(SFCW)两种经典的宽带信号模型以及SFCS的全去斜的处理方法,并将本文提出的快速补偿算法分别应用其中,仿真结果证明SFCS对高速运动的大尺寸目标和扩展目标的成像效果更好。