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圆迹合成孔径雷达(Circular Synthetic Aperture Radar，简称CSAR)是一种雷达沿着圆周轨迹进行孔径合成的雷达。CSAR突破了传统直线SAR在方位角上的限制，不仅具有较高的二维地距分辨率，且能实现目标的三维成像，这对一些二维高分辨率成像和三维成像的应用场合具有非常重要的意义。目前，CSAR已应用于地形测绘、目标识别、都市区域高分辨成像、建筑物提取、目标检测，以及一些公共场合的安全检测等领域。
有关CSAR的理论研究，如点扩散函数、成像算法等，仍有待深入。此外，CSAR在具有独特优势的同时，也不可避免地存在一些缺点，如，在具有高分辨率的同时，也具有很高的旁瓣；机载雷达圆周飞行时很难控制为标准的圆，轨迹位置的变化和非均匀采样会带来较差的成像效果，难以达到理论上的分辨率。针对这些问题，本文主要从以下几方面开展工作：
1、CSAR基本理论：建立了二维、三维观测目标回波信号模型；分析了CSAR的聚束本质，并用医学计算机辅助层析技术的投影片理论阐述了CSAR数据采集的层析理解；研究了CSAR的二维、三维点扩散函数和分辨率，以及在快时间、方位角上的采样准则。
2、二维成像算法：根据时域相关算法的原理推导了能够利用快速傅立叶变换的后向投影(Back Projection，简称BP)算法，并用该算法对二维、三维点目标和佐治亚技术研究院(GTRI)的实测T72坦克数据进行了二维成像；在此基础上，分析了三维目标的二维成像结果的特点；研究了用聚束SAR成像近似实现CSAR成像的算法，并用点目标成像进行验证；针对实际雷达系统的带宽有限，且实际目标的方位持续性有限问题，提出了一种基于自回归(Autoregressive，简称AR)模型数据外推和近似广义似然比(Generalized LikelihoodRatio Test，简称GLRT)技术的成像算法，并用T72坦克实测数据验证了算法。
3、三维成像算法：将二维BP算法原理推广到三维，并对建立的坦克模型和实测T72坦克数据进行了成像验证；研究了基于两个平台高度数据的干涉法和基于多个平台高度数据的ESPRIT频谱估计法，并用坦克模型数据进行仿真验证；为突破基于两个平台高度数据的干涉法和基于多个平台高度数据的ESPRIT频谱估计法的条件限制，提出了一种基于两个平台高度数据的像素偏移法，并用点目标和Backhoe电磁仿真数据对算法进行了验证。
4、旁瓣抑制和运动补偿：旁瓣抑制方面，通过点目标仿真结果分析了传统加窗函数抑制旁瓣的方法对CSAR不再有效的原因；分析了CSAR分辨率、旁瓣随着相对带宽的变化关系，在此基础上，提出了一种基于AR模型的旁瓣抑制方法，点目标仿真结果验证了该方法的有效性；将已有的基于压缩感知的CSAR成像算法推广到三维观测目标，点目标仿真结果验证了旁瓣抑制效果。运动补偿方面，研究了一种基于回波数据的包络对齐和相位校正补偿方法，并用点目标仿真进行了验证。
5、噪声信号CSAR成像：建立了Ulam映射混沌调幅、调频基带信号模型；以Chirp信号为参考，对发射信号为Ulam映射混沌调幅、调频信号时的CSAR二维、三维成像结果进行了分析和讨论；在二维成像结果基础上，研究了三种不同发射信号情况下的抗噪声干扰能力；针对随机频率步进信号CSAR，提出了一种基于压缩感知的成像算法，点目标仿真结果验证了算法的有效性。