本发明提供一种非稳定空中平台微波凝视关联成像对地观测方法及系统，包括：获取天线阵列在各个定位时刻的位置数据和姿态数据，计算天线阵列在各个脉冲周期的平均平动速度和平均转动速度；并由此获取天线阵列在各个脉冲周期tl,k时刻的瞬时位置矢量和姿态角；由各个瞬时位置矢量和姿态角，确定脉冲波束覆盖区域选择矩阵，确定天线阵列在各个周期tl,k时刻形成的随机辐射场；计算各个周期中tl,k时刻的散射回波场，并定义散射回波场的修正随机辐射场，对散射回波场和随机辐射场进行关联处理，得到地面观测区域高分辨成像。应用本发明提供的方法及系统，能够在天线阵列发生随机摆动和晃动状态下，得到地面观测区域的高分辨率成像。