利用與目標作相對運動的小孔徑天線並採用信號處理的方法獲得高方位分辨力的相幹成像雷達，也稱綜合孔徑雷達。所得到的高方位分辨力相當於一個大孔徑天線所能提供的方位分辨力。合成孔徑雷達可分為聚焦型和非聚焦型兩類。用在飛機上或空間飛行器上可有幾種不同的工作模式，最常見的是正側視模式，稱為合成孔徑側視雷達；此外還有斜視模式、多普勒波束銳化模式和定點照射模式等。如果雷達保持相對靜止，使目標運動成像，則成為逆合成孔徑雷達，也稱距離-多普勒成像系統。合成孔徑雷達在軍事偵察、、測繪、火控、制導，以及環境遙感和資源勘探等方面有廣泛用途。
發展概況 合成孔徑的概念始於50年代初期。當時，美國有些科學傢想突破經典分辨力的限制，提出瞭一些新的設想：利用目標與雷達的相對運動所產生的多普勒頻移現象來提高分辨力；用線陣天線概念證明運動著的小天線可獲得高分辨力。50年代末，美國研制成第一批可供軍事偵察用的機載高分辨力合成孔徑雷達。60年代中期，隨著遙感技術的發展，軍用合成孔徑雷達技術推廣到民用方面，成為環境遙感的有力工具。70年代後期，衛星載合成孔徑雷達和數字成像技術取得進展。美國於1978年發射的“海洋衛星”A號和80年代初發射的航天飛機都試驗瞭合成孔徑雷達的效果，證明瞭雷達圖像的優越性。
合成孔徑雷達獲得的黃河流域圖像（部分）
中國於70年代後期開始研制合成孔徑雷達。圖1和圖2是中國科學院電子學研究所研制的機載聚焦型合成孔徑雷達遙感試驗獲得的相片。
合成孔徑雷達獲得的中國南部山區圖像（部分）
基本原理 圖3a表示方位向孔徑為 D的雷達天線。根據微波天線理論，孔徑為D、波長為λ的天線在遠場區的波束寬度為
(1)
方位分辨力等於波束寬度 ρa，即間距大於或等於ρa的兩個目標是可以分辨的，小於ρa則不能分辨。這是經典衍射限分辨力的概念。它表明非合成孔徑雷達的方位分辨力隨測繪距離R的增大而降低。在確定R和選定λ以後，要提高方位分辨力就隻能加大天線孔徑D。圖3b為一線性陣列天線，由N個長度為d 的單元天線均勻排列組成。它在遠場區的波束寬度即分辨力為
(2)
式中 L為陣的總長度。這是用增加單元天線個數來加大孔徑尺寸以提高分辨力的一種途徑。圖3b中 N個單元天線對遠場區來的回波可近似地認為是同時接收並同時在網絡裡相加的。如果改為用一個天線按時間間隔順序在N個位置接收，並把先接收到的回波信號存儲起來(保存好相位和幅度)，直到在最後一個位置接收完畢後把所有 N個回波信號取出相加。這一過程與 N個單元天線同時接收同時相加的過程本質上沒有區別。這是合成孔徑概念的萌芽。
圖3c表示實現上述概念的一個方案，即飛機沿著x方向做等速直線飛行。機上的雷達小天線A(其方位向孔徑為D)，每隔ΔT時間間隔向飛機正側下方發射一脈沖波，地面目標P與航線的垂直距離為R0。根據表達式(1)，天線A在R0處的波束寬度為
(3)
天線在位置x1時發射的電波開始照射目標P，並收到P的第一個回波。隨著飛機前進，P將繼續處在波束內並散射天線發出的每一脈沖波，直到天線到達位置xn。雷達把接收到的一個一個回波信號按順序存儲起來並進行必要的相位處理和幅度處理，然後使之相加。因此，如果天線 A發射脈沖的時間間隔ΔT 選擇適當，則A從x1到xn這段長度LS(稱為合成孔徑長度)就相當於線陣天線的總長度，從而可以得到很高的分辨力。但存在以下兩種情況：第一，在線陣情況下，遠場區的回波到達不同單元天線的相位差是單程差引起的。在圖3c中，回波之間的相位差是往返的雙程差引起的。合成孔徑天線的有效孔徑長度將是線陣天線的兩倍。因此，在計算分辨力時合成孔徑天線的有效孔徑長度應是2LS。第二，根據(3)式，LS是一個大數，其平方自然更大，這就使目標P所在區域不能滿足遠場條件而不屬於遠場區，目標回波到達天線處的波前就不是平面波前，而是球面波前。這就必須對每一回波信號進行相位加權，使之同相（圖4a）。這一相位處理過程與光學系統中平面光波經凸球透鏡後聚焦在透鏡焦點處的過程（圖4b）相似。透鏡的聚焦作用也是相位加權作用。因此，人們把合成孔徑雷達中采用相位加權的稱為聚焦型合成孔徑雷達，其分辨力表達式為
(4)
這一理論證明，實際天線的孔徑D越小，方位分辨力越高，而且ρS與距離和波長都無關。因此，一個小孔徑天線無論裝在飛機上或衛星上，都能得到很高的方位分辨力。
如果對回波信號不進行相位加權，而是直接相加，則有效合成孔徑長度將受到限制(圖5)而成為
這稱為非聚焦型合成孔徑雷達。由於往返雙程作用，其分辨力為
比較式(1)、(4)和(5)，可以看出ρS＜
＜
ρ
a，即聚焦型合成孔徑雷達的分辨力比非聚焦型的好得多，而後者又比非合成孔徑雷達好得多。用多普勒頻率分析的觀點可得到同樣的結論和式(4)。
信號處理和雷達框圖 聚焦型合成孔徑的信號處理可采用匹配濾波或相關技術。匹配濾波過程實質上就包含瞭相位校正和同相相加兩種運算，而相關技術與匹配濾波是等效的。距離向高分辨力是用脈沖壓縮技術（見脈沖壓縮雷達）獲得的。脈沖壓縮技術通常包括在發射機裡形成時寬-帶寬積大的線性調頻脈沖，在接收機裡也用匹配濾波處理。因此，二維匹配濾波或二維相關的信號處理器是獲得高分辨率圖像的核心部分。光學信號處理器和數字計算機信號處理器都已成功地應用於合成孔徑雷達。
合成孔徑雷達（圖6）是一種相幹雷達，這種雷達對頻率和相位穩定性的要求都很嚴格。對控制載機的不規則運動和對不規則運動帶來的相位誤差都需要進行補償，這些都是系統的重要環節。天線必須用三軸穩定平臺進行控制。
參考書目
Robert O. Harger， Synthetic Aperture Radar System，Theory and Design，Academic Press，New York，1970.