稀疏微波成像是指将稀疏信号处理理论引入微波成像并有机结合形成的微波成像新理论、新体制和新方法。利用稀疏微波成像的工作原理和处理方法不但能够提高现有雷达系统的成像质量，而且可以设计出性能更优的成像雷达系统。稀疏微波成像技术的发展可为我国对地观测中的关键瓶颈问题突破提供理论依据，为微波遥感系统的长期规划和发展提供支撑。　　本文围绕稀疏微波成像在合成孔径雷达(Synthetic Aperure Radar, SAR)实际应用中存在的技术问题开展了研究，包括:稀疏微波成像的基本原理、体制框架、信号处理和评估指标;利用原始数据，将稀疏微波成像方法用于现有雷达系统的成像性能提升;设计稀疏微波成像雷达原理样机，开展机载实验验证了稀疏微波成像在实际应用中的可行性，对星载稀疏微波成像雷达的系统参数设计给出了实例;利用实际数据进行了微波成像稀疏表征的分析。文章的主要内容和贡献如下:　　阐述了稀疏微波成像的基本原理，指出微波图像的稀疏性可以直接体现在时域或其他变换域中;雷达波形、采样方式、天线阵列布局、天线足印等四个因素直接影响了观测矩阵对目标场景的重建性能;采用稀疏信号处理方法进行观测区域的信号重构;由稀疏度、采样比、信噪比三个变量构成的三维相变图，是目前最为有效的稀疏微波成像性能评估工具。　　提出了将稀疏微波成像方法应用于现有SAR数据处理，开展了相关的实验验证，结果表明该方法可有效提升雷达图像质量。在介绍凸优化、非凸优化、贪婪追踪和贝叶斯重建算法等典型稀疏重构方法的基础上，提出了将复数域近似信息传递算法(Complex Approximate Massage Passing，CAMP)与回波模拟算子结合的成像方法，将其应用于SCANSAR成像，解决了直接将稀疏重构算法应用于SAR成像对计算量和内存量过大的问题，为稀疏微波成像应用于宽幅SAR成像提供了技术基础。将稀疏微波成像方法应用于实际数据成像，在分辨能力、峰值旁瓣比、方位模糊信号比及信杂比等指标方面验证了该方法在提升图像质量方面的优势。　　提出了机载和星载稀疏微波成像的实验验证方法，开展了机载验证飞行实验，验证了稀疏微波成像的基本原理，完成了初步的星载稀疏微波成像雷达参数设计。在机载稀疏微波成像实验方面，设计了的稀疏采样原理验证方案，实现了方位向随机抖动采样，构建了基于航空平台的稀疏微波成像雷达原理样机，开展了航空飞行实验，验证了稀疏微波成像中欠采样方式优化的可行性以及作为性能评估工具三维相变图的有效性。在星载稀疏微波成像原理验证方面，提出了星载稀疏微波成像雷达设计要素。在不改变现有雷达卫星硬件设备的条件下，提出了在单通道条件下利用稀疏微波成像进行均匀降采样数据获取，从而有效提升雷达卫星测绘带宽的方法。最后给出了一个基于稀疏微波成像的多通道宽幅SAR参数设计的实例。　　分析了小波以及基于混合域的特定场景雷达图像稀疏表征的方法。目标场景的稀疏性是稀疏微波成像雷达系统可进行欠采样无模糊成像的前提条件，雷达图像稀疏表征具有非常重要的实际意义。文中根据SAR成像模型，分析了场景稀疏与回波数据稀疏性之间的对应关系;利用实际雷达等图像数据集，研究了基于小波分析的稀疏表征;根据SAR图像人工目标和背景地物的不同，提出了特定场景雷达图像的混合域稀疏表征，实际图像数据的分析结果表明了这种方法的有效性。