直视合成孔径成像雷达的一般结构如图8-1所示，采用两个同轴同心且偏振正交光束发射，并且通过偏振自差干涉检测接收。发射机中的每个波束在顺轨向上被转换为空间球面波前，并且在交轨向上被转换成扫描的球面波前或偏转平面波前。这种设计在顺轨向上产生二次相位差，在交轨向上产生线性相位调制，最终使用顺轨向上的二次相位历程和在交轨向上线性相位调制进行合成孔径成像。

图8-1　直视SAIL的结构框图

交轨向和顺轨向的方向分别为x方向和y方向。顺轨向的慢时间为ts，交轨向的快时间为tf，s。发射的激光光斑为矩形窗口，内光场光斑口径为。两个柱面镜用于顺轨向波前变换，焦距分别为，为了实现交轨向上的线性偏转平面波前，两个反射镜的偏转角分别为，且光束偏移量为S′。

因此，发射主镜前焦面上的偏振正交的内光场可以表示为

目标与SAIL系统的距离为Z，发射主镜的焦距为f，因此照明光斑相对于内光场光束直径的放大倍数为M=Z／f。照明光斑的尺寸为Dx×Dy=。照明波前的在交轨向上的偏转速度为。顺轨向的照明波前的等效曲率半径为。光斑偏置量为S=MS′，vy是目标与SAIL之间的相对速度。因此，目标分辨单元上的外光场（xp，yp）可以表示为

接收平面上的反射光场可以表示为

通过接收望远镜收集回波光场，通过偏振自差干涉并进行平衡探测产生交流光电流信号。在平衡探测的同相通道中，光电流为

可求得同相通道的光电流为

同理，180°通道的光电流为

平衡接收的光电流为

消除的直流项为

交轨向的聚焦成像通过傅里叶变换得到。取一个边带（ξ＞0）并用在时间宽度超过Tf上积分，可以得到

式中，符号“*”代表卷积。则交轨向聚焦的一维图像为

可以看出目标点（xp，yp）在交轨向上的频带宽度为

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目标的最小频带可以写为

定义Nx=Dx／dx和Ny=Dy／dy，其中dx和dy是交轨向和顺轨向的目标点分辨率。

如果探测电路的传递函数是Hd（ξ），那么交轨向光电流的功率谱均方根可以写为

在顺轨向上，二次项的共轭项是用来对目标图像进行匹配滤波，通过使用积分宽度2Dy（注意噪声也是一样）可以得到

因此，在时间-频率和空间域（ξ，y）的二维重构图像是

或者，用时间-频率到空间的转换重构图像，可以用二维空间坐标（x，y）表示为

可以明显地看出点（xp，yp）的图像位于

图像分辨率零点全宽可以写为

重构二维图像的光电流的功率谱均方根为

噪声的分析对于单点目标的成像特征是很重要的。在这种情况下光电流为。

相互交叉项的积分是接近为零的，这和外差探测的方向性类似，即

所以，多点目标的二维图像可以写为

直流信号正比于目标点数P，因为平衡性探测消除的直流光电流为

在交轨向上产生线性相位调制的另一种方式可以用两个柱面透镜平动获得［18～20］。如果柱面透镜的平动速度是vx（vx=kDx／Tf），焦距为±fx，因此，角速度的变化率可写为