天基雷达可以在全球范围内实现对地高分辨率成像和运动目标探测,其研制难度非常大,一是探测范围大,需要更高的功率孔径积,而天基平台的功率和天线的规模受限;二是探测目标小,需要更高的探测灵敏度和成像分辨率。稀疏阵列天线技术是解决天基雷达现实难题的有效办法,开展相关研究工作具有重要意义。稀疏阵列天基雷达是指利用稀疏微波成像的理论方法对天基雷达天线进行稀疏化,以实现天基雷达更大的探测能力,适用于空间分辨率要求高、设备体积重量约束条件多的工作环境。基于稀疏微波成像和稀疏阵列天线理论及方法,本论文深入研究了大型稀疏阵列天基雷达系统和运动目标成像探测问题,论文具体研究工作如下:1.研究了天基雷达系统问题。基于大型稀疏阵列天线,本论文论述了天基雷达的技术体制和关键技术,提出了一种稀疏阵列优化方法,设计了基于稀疏阵列的MEO轨道X波段天基雷达系统参数。通过性能分析,采用稀疏阵列天线宽发窄收模式,在同样的功率孔径积情况下,可有效提高雷达的交轨向空间分辨率,为天基雷达的工程化实现提供了一种新的途径。2.研究了通道间相位误差问题。通道间相位误差补偿是保障阵列天线雷达性能的重要环节,本论文提出了一种基于方向图和多普勒相关系数的天基阵列SAR通道相关误差补偿方法。通过天线方向图信息和多普勒相关性信息构造代价函数,将通道相位误差估计问题转化为代价函数的优化问题,有效提高了多通道相位误差估计精度。基于RADAR-SAT数据的仿真实验结果验证了该方法的可行性和有效性。3.研究了运动目标成像探测问题。运动目标成像探测是天基雷达的重要工作模式,本论文首先研究了天基雷达运动目标顺轨成像探测问题,提出了一种基于分布式压缩感知的天基SAR顺轨运动目标成像方法。利用动目标稀疏特性和杂波背景非稀疏特性构建分布式压缩感知观测模型,通过优化求解实施杂波背景和稀疏动目标的图像重建,并抑制多通道SAR动目标成像中的成对回波,在实现高分宽幅成像的同时,估计得到目标的速度和位置参数,实现运动目标成像探测。基于RADAR-SAT数据的仿真试验验证了该方法的有效性。4.同时,本论文还研究了天基雷达运动目标交轨成像探测问题。基于MURA正反编码和干涉处理,提出了一种稀疏采样条件下基于三维成像处理的稀疏阵列天基雷达运动目标交轨成像探测方法。该方法将运动目标高分辨率探测问题转化为其三维成像问题,通过两幅目标三维复图像的干涉处理,去除目标横向运动产生的散焦相位以保证雷达的目标探测性能,距离频域稀疏采样对运动目标探测影响较小的特点使该方法具备应用条件,仿真结果表明了该方法的有效性。