一种基于数据融合的星载分布式综合孔径微波辐射计系统，包括数据融合处理子系统和至少N*M个完全相同的综合孔径微波辐射计子系统，N、M分别取决于整个系统的顺轨和交轨方向的空间分辨率与综合孔径微波辐射计子系统的顺轨和交轨方向的空间分辨率的比值；所有的综合孔径微波辐射计子系统均排布在同一轨道高度，且在地面的投影网格存在有规律的排布重叠；每个综合孔径微波辐射计子系统获取地面的亮温图像记为原始亮温图像；数据融合处理子系统根据每个综合孔径微波辐射计子系统的原始网格重叠关系，通过数据融合的方式确定整个系统在地面的投影网格记为细分网格的亮温值，即数据融合后的高分辨率亮温数据，该高分辨率亮温数据在顺轨方向和交轨方向分别提高了N倍、M倍。