地球同步轨道合成孔径雷达(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar,简称GEO SAR)是一种工作在地球同步轨道的新型星载SAR载荷。与现有的星载SAR类似,GEO SAR同样是利用时频域信号的相干累积得到具有较高分辨率的二维图像。它的轨道高度约为36000公里,重访周期甚至可以低于一天,相比于低轨SAR(Low Earth Orbit SAR,简称LEO SAR),GEO SAR具有更高的时间分辨率和更宽幅的测绘带。为了得到较高的信噪比,当前的GEO SAR系统研究通常采用低频段作为其系统载频,如L、S波段;而低波段星载SAR系统更易受到电离层效应的影响。本文对背景电离层引起的色散效应和电离层不规则体引起的闪烁效应两方面做了深入研究,分析这些因素对GEO SAR成像的影响。本文的主要工作如下:第二章对理想情况下的GEO SAR系统进行了多普勒性能分析,即分析了未受电离层效应影响的多普勒性能。通过公式推导得到了多普勒中心频率表达式,以及给出了两种姿态控制解和相应的天线相位中心扫描解,从而实现零多普勒中心控制,描绘了不同情况下的GEO SAR视线轨迹,分析了针对宽幅场景目标的全零多普勒性能。此外,还考虑了合成孔径时间内的波束中心指向变化,准确计算了GEO SAR系统的多普勒性能指标,并做了相应的仿真分析。第三章分析了GEO SAR成像中的背景电离层效应。基于背景电离层引入的色散相位超前误差,给出了背景电离层影响下的GEO SAR信号模型,并将背景电离层分为大尺度的电子总量常数值(Total Electron Content,简称TEC)、时变斜距TEC(Slant TEC,简称STEC),两者会分别影响GEO SAR的距离向、方位向成像。在分析大尺度的背景电离层常量对距离向成像的影响时,对随频率变化的相位误差作泰勒展开,得到距离向位移、二次相位误差公式。在分析时变STEC对方位向成像的影响时,将其归因于三个因素:时变、空变背景电离层以及传播路径长度的变化。时变背景电离层将会引入方位向线性、二次、三次相位误差,进而导致方位向图像平移和散焦;空变背景电离层将会导致方位向图像额外的位移;传播路径长度的变化也会引入额外的方位向二次相位误差。最后,使用实测时变背景电离层数据以及国际参考电离层模型得到的TEC空间分布数据,进行点目标仿真验证理论模型。第四章分析了GEO SAR成像中的闪烁效应。从已有的LEO SAR系统广义模糊函数模型(generalized ambiguity function,简称GAF)入手,同时针对GEO SAR特有的几何模型,给出了适用于分析电离层闪烁效应对GEO SAR图像分辨率影响的GAF模型。基于相位屏理论和Rino谱机制,在考虑不规则体色散效应的情况下,对双频双点互相关函数做了详细的分析;同时也介绍了简化的双点互相关函数,即忽略闪烁相位的频率特性。此外,使用数值仿真和蒙特卡罗信号级仿真,进一步分析理论模型,并加以验证。最后,对于GEO SAR系统来说,电离层不规则体对流速度相对于穿刺点扫描速度不可忽略,主要使用二维时空互相关函数描述了不同时间间隔情况下空间相关性,分析了穿刺点运动与不规则体漂流的相对速度对方位向分辨率的影响。