本文以“十一五”某预先研究项目和国家重点基础研究发展计划(973计划)“稀疏微波成像的理论、体制和方法研究”中的子课题“基于压缩感知成像雷达的数据获取方法及硬件实现研究”为依托,针对宽带直接采样技术和成像雷达大带宽带来的宽带回波传输、存储和成像处理代价大的问题,结合雷达中常用的Chirp信号模型,在总结压缩感知理论基本结论的基础上,开展了Chirp回波数据压缩、Chirp回波随机抽取采样和Chirp回波压缩状态数据ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar)成像处理三个方面研究工作。其中压缩状态数据是由数据压缩或随机抽取采样得到的。在Chirp回波数据压缩研究中,首先,从机器学习和分析两种方式构造了四种用于Chirp回波稀疏表示的冗余字典。在机器学习方式的冗余字典构造中,提出了一种基于代理函数优化的稀疏性字典学习算法,并应用于Chirp回波冗余字典的构造。分析方式的冗余字典构造包括两方面,分别是从宽带雷达观测过程出发,构造了波形延时字典;以及从时频分解出发,构造了两个时频字典(Gabor字典和Chirplet字典)。仿真实验表明四种字典均可以用于Chirp回波的稀疏表示。其次,在冗余字典构造的基础上,结合压缩感知理论分析了四种冗余字典的可重构条件。分析结果表明,通过分析方式得到的三种字典满足可重构条件。结合满足可重构条件的三种冗余字典,给出了Chirp回波的数据压缩方法,仿真实验验证了数据压缩方法的有效性。最后,针对Chirp回波实测数据长度长的特点,在数据压缩方法的基础上,提出了分段压缩处理。实测数据处理结果表明了分段压缩处理的有效性,亦说明了Chirp回波数据压缩方法的工程可行性。在Chirp回波随机抽取采样研究中,首先将Stretch处理用矩阵形式重新描述,构造了用于Chirp回波稀疏表示的正交字典。所构造出的正交字典获取方式简单,可扩展应用,且受目标高速运动的影响不明显。其次,在正交字典构造基础上,结合正交字典上稀疏信号的压缩感知理论,验证了随机抽取采样方法的可重构条件,提出了随机抽取采样方法并讨论了其实现框图。仿真实验验证了随机抽取采样方法的有效性。最后,为抑制正交字典的构造方式带来的重构误差,结合实测数据长度长的特点,在Chirp回波的实测数据重构中,引入分段重叠处理。理论推导分析了分段重叠对误差的抑制机理。实测数据处理结果验证了分段重叠对误差的抑制效果,同时也验证了随机抽取采样方法的工程可行性。在Chirp回波压缩状态数据ISAR成像处理研究中,首先将线性调频步进信号合成精分辨距离像的原理应用到按照合适参数进行分段的Chirp回波中,结合正交字典上稀疏信号的压缩感知理论,提出了针对压缩状态数据的基于段随机选取的成像方法。实测数据处理结果显示该成像方法可以显著降低对压缩状态数据成像处理的运算量,且成像的质量无明显损失。其次,将基于段随机选取的成像方法中的核心思想应用到Chirp回波的采样中,得到段随机抽取采样方式。最后,利用精分辨距离像中散射点分布的连续性,将BOMP(Block Orthogonal Matching Pursuit)方法应用于精分辨距离像的重构中。仿真分析说明了BOMP方法在精分辨距离像重构中的有效性。实测数据处理结果表明BOMP方法可以显著提高精分辨距离像重构的效率,同时重构的质量无明显损失。