雷达目标三维成像及散射特性研究是结合三维测试系统以及雷达三维成像技术,并对全空间目标散射特性进行深入分析的先进研究方法。该项研究有助于评估雷达目标的隐身性能或雷达系统的反隐身性能,并可协助开发具有低可探测性的装备或提高雷达探测水平,为雷达散射截面（Radar Cross Section,RCS）测量、雷达目标检测与识别、隐身涂层的吸波指标评估、反恐、安检等应用提供新技术途径。该项研究的核心在于如何获取高精度的雷达目标三维成像结果及其与目标散射特性的联系,目前还处于起步阶段。本论文结合电磁散射与雷达成像相关理论及技术,开展雷达目标高精度三维成像及散射特性研究,主要研究内容和贡献包括:1)研究了近场RCS测量不确定度问题,重点针对雷达目标三维成像中的不确定性因素建立测量不确定度估计模型,并确定来源及数值范围雷达目标三维成像及散射特性研究采用了新体制的三维测试系统,其普遍在近场条件下实施,故测量误差的来源及不确定因素已经不同于经典RCS测量方案,目前还没有进行全面系统的分析,也没有形成有效的评估体系和标准。针对该问题,首先结合RCS不确定度的基本理论,对近场RCS测量时的不确定因素进行分解,主要包括测试环境因素、近场因素、雷达系统因素、数据处理因素等。其次,针对目标-背景相互作用引起的不确定度、近场不确定度以及成像模糊引起的不确定度进行推导,得到不确定度估计模型。然后,通过一系列电磁仿真与实测实验,对不确定度估计模型进行检验,最终确定近场RCS测量不确定度的主要来源及范围。2)研究了散射系数与RCS的转化问题,并提出了基于近场三维成像的RCS转化方法一方面,利用近场三维成像获得的是具有三维空间分布的散射系数,其物理含义已经不同于远场测试方法获得的RCS,且两者之间的转化关系不明确;另一方面,近场三维成像中还存在旁瓣串扰、纹波扰动等问题,影响测量精度。针对上述问题,首先采用基于Mie级数插值的后向投影（Back Projection,BP）三维成像算法抑制旁瓣问题;其次,利用吉布斯效应的规律建立二维窗函数实施阵列向加权以抑制纹波扰动问题;最后,利用所构建的加权格林函数对近场三维成像结果实施补偿,实现了从近场散射系数到远场RCS的转化。通过对多种典型目标进行电磁仿真、实际测试以及与传统测试方法进行对比,结果表明所提方法能有效实施RCS测试。3)研究了三维球面波效应导致的散射系数计算问题,并提出了一种基于并矢格林函数的近场三维成像算法,提高近场三维成像精度在近场条件下实施雷达目标三维成像时,获得的目标散射分布特性将不可避免地受到三维球面波效应的影响。然而,传统雷达目标三维成像算法（例如BP算法）仅补偿了距离历史引入的相位信息,但没有补偿散射源在三维球面波效应下的相对幅度差异,故散射系数计算的精度有限。针对该问题,提出了一种基于并矢格林函数（Dyadic Green’s Function,DGF）的近场三维成像算法,其根据并矢格林函数法设计了一种新颖的球面波矢量补偿算子,并首次将该算子运用到BP算法中（即并矢型投影算法）。该算法实现了对散射源幅度和相位的补偿（即矢量补偿）,解决了因三维球面波效应导致的散射系数计算问题,进一步提高了近场三维成像精度。4)研究了成像分辨率对散射特性测量精度的限制问题,并提出了一种自适应参数优化贝叶斯学习三维成像方法,突破了传统成像方法在精度方面的瓶颈,进一步提高测量精度分辨率和旁瓣是影响雷达目标三维成像结果的重要因素,而基于匹配滤波的传统三维成像算法受到瑞利分辨限制（即存在主瓣宽度及旁瓣串扰）,成为了提高测量精度的瓶颈。针对该问题,提出了一种自适应参数优化贝叶斯学习三维成像方法用于RCS测量。首先,对原始回波数据进行分块处理,保证块内数据处理的相位一致性;其次,基于贝叶斯信息准则对各个分块的初始化参数进行优化,实现基于分块的参数自适应,保证雷达目标三维成像过程的精确性和稳定性;最后,结合近远场变换方法与稀疏贝叶斯学习三维成像,使得RCS测量精度相较于现有方法有了进一步的提高。综上所述,本文研究雷达目标高精度三维成像及其散射特性在理论和工程技术方面的诸多问题,取得了一系列研究成果,为提高雷达探测水平、改进雷达目标散射特性测量方案、降低隐身装备研制和维护难度等方面提供理论和技术支持。