本发明提供了一种俯冲模型非线性频率变标的聚束合成孔径雷达成像方法，对收集的雷达的聚束全孔径回波数据，依次进行如下处理：方位deramp处理，距离dechirp处理，残余视频相位校正，三次相位补偿，频率变标，距离补偿，方位补偿，一致补偿，最后将一致补偿后的数据进行方位向IFFT，得到最终的SAR图像。本发明方法通过方位向的deramp处理，解决了聚束SAR的方位频谱混叠问题，采用非线性频率变标处理，增大了距离向的聚焦深度，在俯冲模型下实现较大距离聚焦深度下的高精度聚束SAR成像。